近几年的实验研究表明,石墨烯插层复合物是一种重要的能源存储和磁性存储材料,理解金属的嵌入机理对于了解石墨烯-衬底界面结构和界面质量输运非常重要。实验发现,可以在石墨烯缓冲层中嵌入原子来实现无支撑石墨烯的获得,但关于石墨烯缓冲层与衬底界面稀土金属插入机理的理论研究很少。另一方面,WO₃作为窄带隙半导体在太阳能电池、光催化、有机物降解以及气体传感器等领域有着重要的作用。WO₃表面有机污染物的降解机制以及WO₃表面催化活性的理论研究对提高WO₃表面催化活性尤为重要。为了获得金属Dy在石墨烯缓冲层与衬底界面的微观插入过程和机制,以及了解WO₃（200）表面小分子吸附和降解机理,我们系统地研究了Dy在石墨烯缓冲层和衬底界面的微观结构和插入机制以及WO₃（200）表面小分子的吸附。本论文的主要研究结果有如下:一、利用第一性原理计算和过渡态理论,以Dy/d_b-Gra/SiC（0001）为研究对象,研究了稀土金属Dy在石墨烯缓冲层和SiC衬底界面的微观插入机制。研究结果表明:1).衬底效应在金属Dy嵌入过程中起着重要作用;2).Dy在有衬底支撑的缓冲层和衬底界面的穿透能垒比Dy在无衬底支撑的石墨烯层的穿透能垒小;3).金属Dy的穿透过程是自发和吸热的,表明金属Dy的插入过程是热力学驱动的过程;4).缺陷辅助插入机制在高温下是合理的,在高温下,缺陷可作为插入原子的通道入口;5).Dy插层石墨烯可用于石墨烯基的磁性纳米结构器件的设计。二、利用第一性原理计算研究了多种分子在有缺陷和无缺陷WO₃（200）表面的吸附结构和性质。计算结果表明:1).WO₃（200）的表面能较低,表明WO₃（200）表面具有相对较高的稳定性;2).H原子喜欢吸附在表面二配位氧原子位置,形成羟基;3).CH₄喜欢吸附在平面氧原子位置和表面五配位钨原子位置;4).WO₃（200）表面引入缺陷可以提高表面反应活性;5).CH₃CHO更喜欢吸附在有氧空位存在的WO₃（200）表面。