本文通过使用第一性原理方法研究了Co/Cu堆栈结构多量子阱系统和金纳米结构的催化效应,本文的主要研究内容,可以概括为以下几部分：第一,由于Co存在对称性能隙,在Co(100)/Cu(100)薄膜中存在着量子阱态。我们采用第一性原理方法研究了单层Co或Ni对Co(100)/Cu(100)系统中量子阱态时影响。研究表明单层Ni或Co异质挡板,不仅可以对Cu中量子阱态进行调制,而且还能构成新量子阱态,新量子阱态都局域于子阱内。单层Co或者Ni异质挡板由于其电子结构的差异对量子阱态的调制有着不同作用。第二,研究了TiO2衬底上拉伸的平整Au薄膜上O2吸附性质。首先,通过计算了不同厚度的金薄膜对O,O2的吸附,发现应力的拉伸作用可以增强金薄膜对O,O2的吸附。进一步,通过构造模型,计算了TiO2衬底上拉伸的金薄膜上O2的吸附,通过对O2电子结构的比较分析,发现模型中衬底对拉伸的金薄膜上O2的吸附并没有增强作用。第三,利用第一性原理方法对中等大小金团簇Au55与CO、O2等小分子的相互作用进行研究,将[CO+O2]@Au55、[CO2+O]@Au55、[CO+O]-Au55、[CO2]@Au55等结构的总能以及相应的吸附能进行比较。研究表明,CO与O2可以同时被吸附在Au55的相邻位置。相比于结构[CO2+O]@Au55、[CO2]@Au55,结构[CO2+O]@Au55、[CO2]@Au55更具有能量优势,表明Au55的催化下,CO的氧化在室温下是可能的。最后,还将[CO+O2]@Aun、[CO2+O]@Aun(n=8,32,55)进行比较,发现Au55的催化效应相对地较有优势。另外,论文的前三章介绍了相关领域的一些概念和理论模型。第一、二章分别介绍了量子阱系统和催化性质的概念与理论模型,第三章简要介绍本文计算采用的基于密度泛函理论的第一性原理计算方法。