氢气是一种清洁能源,具有热值高、产物不污染环境、生产原料易得等优点,但是H2难以储存和运输。而甲酸具有高能量密度,无毒性和室温下优异的稳定性,可以作为一种良好的储氢材料。所以合成一种能高效催化甲酸分解制备氢气的催化剂就显得尤为重要。甲酸分解副产物CO会使燃料电池中的催化剂中毒而失活,所以合成的催化剂应该有良好的选择性。据文献报道,将金属纳米粒子负载在载体上能显著提高甲酸脱氢催化剂活性,但会影响催化剂的选择性,通过调变有机官能团可以改变催化剂的选择性,而目前官能团作用机理尚不明了。本课题中,我们将采用基于密度泛函理论的方法研究Pd@UiO-66-X（X=-NO2,-Cl,-H,-OH,-NH2）复合材料稳定构型,揭示其构效关系,用NEB方法寻找甲酸分解制氢的过渡态,计算反应能垒,通过对比反应路径揭示骨架上的功能化基团对反应的影响,从微观层面上解释实验现象。本论文的研究内容和创新成果主要包括:（1）把Pd_n封装进UiO-66-X（X=-NO₂,-OH,-NH₂,-Cl,-H）中,通过DFT（density functional theory）方法对其进行优化,得到了热力学稳定的复合材料构型。计算结果表明:不同官能团Ui O-66-X负载Pdn团簇结构类似;UiO-66-X有两种孔道类型（四面体孔笼与八面体孔笼）,Pdn位于四面体笼,较大尺寸的团簇成堆积构型;Pdn纳米团簇原子个数为28时体系的热力学稳定性最好;用Bader电荷分析的方法分析Pd28所带电荷可以发现,改变官能团可以调变Pd28团簇所带电荷。（2）基于从头算分子动力学及密度泛函理论方法,选取高稳定性的Pd₂₈@UiO-66-X（X=-NO₂,-NH₂,-Cl,-H）作为催化剂模型,采用NEB的方法对HCOOH分解的反应机理进行探讨。结果表明:通过改变官能团调配Pd团簇所带电荷,可以实现改变反应进程,Pd28@UiO-66-NO2的-NO2基团通过增大Pd团簇电荷从而提高了副反应COOH→CO+OH的反应能垒（0.54 eV）,起到了抑制该反应路径的目的;此外,-NO2能与羧基反应生成-NO2H和CO2,大大降低了生成CO2所对应反应路径的能垒（0.62 eV→0.15 eV）,从而有效提高了反应选择性,因此Pd28@UiO-66-NO2的催化选择性最高。（3）我们还另外计算了Pd28@UiO-66-NO2的硝基官能团在甲酸分解过程中被还原成-NO2-H,并进一步被还原成-NO从而导致催化剂失活的可能性。为此,我们采用NEB方法计算了Pd28@UiO-66-NO2上的-NO2被还原后的-NO2-H被氧化成-NO2和被还原成-NO的反应能垒,计算结果可得-NO2-H被氧化的反应能垒（0.22 eV）低于被还原的反应能垒（0.40 eV）,表明-NO2-H更容易被氧化为-NO2,计算结果表明Pd28@UiO-66-NO2催化剂有较高的稳定性。（4）HCOOH分解生成的氢原子转移到Pd纳米团簇,Pd纳米团簇上的氢原子相互碰撞生成H2。我们采用了NEB方法探究了Pd28@UiO-66-NO2催化剂上生成H2的反应机理,Pd纳米团簇上只有两个氢原子时,氢原子相互碰撞生成氢气的能垒较高（0.55 eV）,而当多个HCOOH分解后,Pd团簇上有了多个氢原子,氢原子相互碰撞生成氢气的能垒大大降低（0.22 eV）,更容易生成氢气。