现今世界,能源问题是最大的难题之一,对于绿色能源的需求日益增强。甲烷作为化学品和清洁化石能源的原料已经引起广泛的关注。此外,由于人口日益增多且工业化进程的加快导致大批化石燃料（煤、石油、天然气）被加速消耗使用,以致大气中的温室气体二氧化碳含量急剧增长,引发全球气候变暖和海洋酸化问题,对人类赖以生活的社会自然环境产生极大的威胁。为使上述问题得到有效的解决,本论文的主要研究关于催化剂的选择制定为镶嵌策略,构建一个嵌入Fe-Co双重金属位点的N掺杂石墨烯催化剂,并研究其对于甲烷表面催化反应的活性,意在寻求良好的催化剂,使其对催化物表现出优异的催化性能。通过计算探究Fe、Co两种金属对分子的吸附能力,得出双金属桥位处对气态分子甲烷的吸附及催化能力更强,对于产物比较分析发现Co原子吸附甲基,N原子吸附H时的吸附能最大。其次是当Fe原子吸附甲基,N原子吸附氢时吸附能较大。对于二氧化碳的催化加氢反应,采用基于第一性原理的密度泛函理论,构建了Cu（111）催化表面、Cu（111）@Ni催化表面和Cu（111）@Ag催化表面模型,进行了吸附二氧化碳催化活性的研究。计算结果表明CO₂在Cu（111）催化表面的吸附能最大,催化活性更佳,吸附和催化过程中二氧化碳与催化剂表面原子通过吸附形成了化学键,并进行电荷转移,增加表面化学反应的活性,有利于催化反应的进行。综合所述,探求一种有效催化剂完成对甲烷分子催化转换势在必行,对此本文探究石墨烯掺杂N和Fe、Co两种金属作为催化表面对甲烷分子的吸附及催化。目前,过渡金属催化二氧化碳生成化学品或化学燃料的研究引起广泛关注,本文在理论上可以将催化二氧化碳与质子交换膜反应器相结合,希望本文研究结果对于开展进一步探究过渡金属催化二氧化碳加氢生成化学品和化学燃料（如一氧化碳、烃类、烯类、醛类、醇类等）的实验具有参考价值。