不可再生能源的减少和环境污染问题已成为限制社会发展的两大严峻问题。因此发展可再生能源势在必行,其中绿色能源氢气（H2）和生物燃料氨气（NH3）因具有较好的发展前景而受到研究者的广泛关注。然而,在工业中H2和NH3的生产方式是在极端的反应环境下进行的,且原材料是煤、天然气等化石燃料,不仅生产效率低下,还产生大量的有害气体污染环境。研究表明,光催化水分解、电催化合成氨是既环保,又循环利用能量的制氢、产氨方式。但由于现存光催化剂普遍存在光生载流子易复合的问题,电催化剂则因活性位点少、反应过电势高的问题,限制了光催化和电催化的效率。幸运的是,构建异质结和单团簇催化剂（SCC）可分别有效地提高析氢反应（HER）和氮气还原反应（NRR）的效率,因此本文基于密度泛函理论（DFT）,研究了以PC6单层为基底构建的用于氢能生产的PC6/WS2异质结和用于合成氨的PC6-TM3、PC6-TM4 SCC,所取得的主要结论如下:（1）构建了三种具有较高对称性的PC6/WS2异质结构型,其中type B构型具有最优异的热力学稳定性、0.93 e V的间接带隙并且光生载流子的迁移遵循Z-机制,相应的氧化还原中心满足水分解的要求,说明了PC6/WS2异质结能够全解水以生产氢气和氧气。PC6/WS2异质结的光吸收相比于各组成单层在大部分可见光区域得到了明显的增强,且光电转换效率为19.06%。-8%～8%的双轴应变可以有效地调节带隙,并且能够导致异质结的能带类型由II型变为I型再变为II型,最终导致半导体向金属的转变,相应的转变点分别为-4.43%、-1.15%以及4.71%。相比于压缩应变,PC6/WS2异质结在拉伸应变的作用下,不仅可以增加层间电荷转移,还能使介电常数e（w）和光吸收系数在低能区得到加强。值得注意的是,-6%和-1%双轴应变提高了用于HER的光驱动力,即PC6/WS2异质结对于HER的催化活性会通过压缩应变得到提高。此外,-1%的双轴应变也会显著提高PC6/WS2异质结的光电转换效率（22.47%）。外电场（-0.8～0.8 V/（?））同样可以调节能带类型和带隙,然而外电场导致的异质结的能带类型变化是从金属转向半导体,再由II型变为I型再变为II型,相应的转变点分别为-0.80、0.08以及0.60 V/（?）。层间电荷转移可以随着正电场的增加（负电场的减小）而增强。然而在电场的作用下,e（w）受到的影响很小,甚至还对光吸收系数产生了不利影响。（2）选择具有优良电子光学性能的PC6单层与八种过渡金属元素（V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn）用来构建PC6-TM3和PC6-TM4 SCC体系。系统地研究了PC6-TM3和PC6-TM4的热力学稳定性、N2分子的吸附、反应路径、选择性以及催化机制。在完全弛豫后,首先排除了发生较大形变的PC6-Mn3、PC6-Cr4、PC6-Co4、PC6-Ni4和PC6-Zn4,余下的SCC都具有良好的热力学稳定性。其次,相比于吸附H原子,PC6-V3,PC6-Cr3,PC6-Co3,PC6-V4,PC6-Mn4和PC6-Fe4更利于吸附N2分子。随后研究了NRR在上述6种SCC作用下的反应情况,筛选出来了具有良好催化活性的和较低过电势的PC6-Fe4和PC6-Cr3,相应的过电势分别为-0.46V和-0.26 V。此外,它们都具有100%的法拉第效率并且表现出极高的NRR选择性。最后通过讨论N-N键长的变化、PC6-Cr3反应前后的电子学性能来阐明其具有的高催化活性,发现在合成NH3的过程中Cr原子与N2分子之间的接受馈赠机制扮演了重要的角色。