近年来,单原子催化剂的研究取得了重大进展。单原子催化剂在催化很多重要化学反应时都表现出了优异的催化性能。二维材料石墨烯具有高的比表面积和独特的电子性质,被广泛用作多种单原子催化剂的载体材料。氨是一种重要的化工原料,在很多领域都有应用。传统的合成氨工艺Haber-Bosch法具有能耗高,排放大量二氧化碳,反应条件苛刻等缺点,因而寻求一种能够在温和条件下进行氮还原反应的方法是人们一直追求的目标。在电催化剂的作用下,氮还原为氨的反应可以在常温常压下进行。电催化体系中,电催化剂起着举足轻重的作用。本文使用密度泛函理论（DFT）计算,将一系列过渡金属原子负载在N修饰的555-777石墨烯表面并研究其氮还原的电催化性能。DFT计算结果表明单个Mo原子负载于N修饰的555-777石墨烯是一种潜在的氮还原电催化剂,其过电势仅为0.41 V。NH₃分子的脱附也是一个很容易的过程,仅需要0.45 e V的能量。电子结构分析表明单个Mo原子负载于N修饰的555-777石墨烯的基态是高自旋极化的,这是其具有良好催化活性的一个重要原因。CO是一种对环境和人体危害极大的有毒气体,研究CO的消除有着重要的意义。目前,CO低温催化氧化法是一种有效消除CO的手段。贵金属催化剂价格昂贵,经济成本高。而非贵金属催化剂在降低成本的基础上还能够保证良好的催化性能。本文使用密度泛函理论,将单个Al原子负载于N修饰的石墨烯表面并讨论其催化CO氧化反应的性能。DFT计算结果表明单个Al原子负载到N修饰的石墨烯对CO氧化反应表现出了良好的催化活性,其最佳反应路径为ER-1机理,决速步的过渡态能垒仅为0.27 eV。