自2011年被首次合成以来,二维层状材料MXene（过渡金属碳化物和/或氮化物）由于其独特的物理和化学性质,在电池、储能、超级电容器和催化等领域受到极大的关注。通常情况下,MXene在强酸或强碱溶液中通过蚀刻MAX相化合物合成。与传统的碳基催化剂相比,MXene负载的金属催化剂具有更好的电化学耐久性和稳定性,其在能源转化和燃料电池电极材料等方面具有广泛的用处。到目前为止,仍然只有少量的M₂X型MXene材料被实验合成。由于碳化钼（Mo₂C）具有较好的催化、热电、超导等优异特性,且实验上也于2015年成功合成,本文就以此作为研究对象,基于密度泛函理论对不同金属单原子、金属单团簇和金属单层修饰的二维碳化钼催化剂进行探究。首先进行电子结构的计算,研究其几何稳定性,然后进行氧还原反应（ORR）和一氧化碳氧化催化活性的研究,以期为开发和制备MXene基催化剂提供参考。主要研究工作及结果如下:（1）单个Pd原子负载在氧官能团修饰的碳化钼（记为Mo₂CO₂）上的稳定性及催化活性以单个Pd原子作为一个典型代表,研究其负载在无氧空位缺陷和有单个氧空位缺陷的Mo₂CO₂表面上的稳定性,结果发现单个Pd原子负载在有空位的Mo₂CO₂上可以形成稳定的单原子催化剂（SACs）。接着,我们用一氧化碳（CO）分子作为探针探究其催化氧化一氧化碳的活性,结果表明形成的单原子催化剂具有很好的催化活性。这一研究结果表明表面氧空位缺陷的MXene可作为很好的单原子催化剂衬底材料,也为探究和制备MXene基单原子催化剂提供理论指导。（2）Mo₂CO₂负载的十一种单原子催化剂为了给实验提供较有效的指导,我们提出个三个筛选低温催化一氧化碳氧化活性和稳定性的单原子催化剂标准,分别以催化剂的稳定性、对CO和O₂的吸附能强弱及反应物的吸附能与通常一氧化碳氧化反应势垒的差值作为筛选条件,对十一种金属（Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ru,Rh,Ag,Ir,Pt和Au）单原子在Mo₂CO₂上的性质进行了对比筛选。这一研究结果表明Zn原子修饰的Mo₂CO₂是一个非常有潜力的、稳定的、抗氧化和抗CO中毒的、高活性的低温CO氧化催化剂。（3）Mo₂CO₂负载的单个Cu₃团簇催化剂为了解决单原子催化剂的稳定性问题和Pt基催化剂的CO中毒问题,我们研究了Cu₃小团簇负载在衬底上作为一个单团簇催化剂,结果表明其具有很好的稳定性和较好的催化CO氧化活性（Cu₃团簇具有电子存储器的功能,可以通过调控整个反应过程电子的得失来调控整个反应）。这一研究结果表明MXene是一种先进的衬底材料,为研究和制备MXene基单团簇催化剂提供思路。（4）Mo₂C负载单层金属（Cu,Pt,Pd,Ag和Au）的稳定性、耐久性和ORR活性为了减少Pt的用量,并提高ORR表现,我们研究了Mo₂C负载金属单层的几何结构、ORR中间产物的吸附和ORR活性表现。研究发现Mo₂C负载的Au单层相比于商业上的Pt/C催化剂具有诸多优点:廉价,较好的稳定性,提高的耐久性和ORR表现。我们希望这一研究结果能够启发更多的实验和理论研究,进一步设计、探索和应用先进的MXene负载的金属单层复合材料。（5）Mo₂C负载Ag单层催化剂提纯氢气的性能为了解决阳极Pt催化剂CO中毒问题,我们提出了一种氢气提纯装置:Ag单层负载的Mo₂C(Ag_ML/Mo₂C)。我们计算了H₂,CO,O₂,H₂O和CO₂等的吸附能,并进行电子结构和玻尔兹曼统计分析,研究发现Ag_ML/Mo₂C可以充当过滤膜的作用,可以选择性地过滤掉CO。为了完全移除燃料中的CO,我们探究了O₂的通入量对提纯的影响,研究发现,低通量的O₂通入可以更加高效地除去CO,也可以尽可能的减少了氢气的损耗。本研究结果有望促进H₂净化催化剂的开发,并对MXene基催化剂的应用提供更多的研究参考。本文希望基于以上研究结果,通过全面地比较Mo₂C及其氧官能团修饰的Mo₂CO₂对负载单原子催化剂,单团簇催化剂和单层催化剂的几何结构、电子结构和催化活性的研究,希望为实验制备MXene催化剂提供有效的思路,为开发和应用先进的MXene材料提供理论指导。