自石墨烯2004年被发现以来,由于其独特的单原子层结构,良好的导电性和巨大的比表面积,已经被作为非均相催化剂的载体并引起了科学家们极大的兴趣。随着石墨烯的发展,科学家发现硼氮石墨烯与石墨烯的结构相似,且具有与石墨烯不同的独特性质及广泛的应用,因此人们的视线也逐渐转移到了六角硼氮石墨烯上。最近,计算模拟方法日趋完善,计算机技术的不断增强,因而,其可以用于解释低维纳米结构材料的各种现象,还可以解决在实验室无法进行的实验。在本论文中,我们利用密度泛函理论,对金属掺杂二维材料进行了几何结构、电子结构、催化性能等方面的理论研究,为其在催化领域的应用提供理论指导。具体结果如下:（1）Fe掺杂硼氮石墨烯作为新型ORR电催化剂的构建及催化性能的评估。结果表明,Fe原子可以与缺陷硼氮石墨烯强烈的结合,确保了它的稳定性。Fe掺杂硼氮石墨烯可以有效的活化O₂分子,这是ORR发生的前提。随后,活化的O₂分子可以通过一个4e过程转化为H2O分子。其中,每一步基元反应的吉布斯自由能都是负值,说明反应是自发的。因而,Fe掺杂硼氮石墨烯基具有优异的催化性能,可以作为Pt的替代物,成为ORR的催化剂。（2）M-P-C（M=Fe,Co）结构作为ORR催化剂的构建。计算结果表明Fe-和Co-P4结构嵌入石墨烯具有很好的稳定性和较高的化学活性,且吸附的O₂分子在其表面被激活,从而有利于后续ORR步骤的进行以及在酸性和碱性介质中4e-途径的进行。此外,通过分析自由能谱发现,在碱性介质中进行的ORR催化,Fe-P4结构嵌入石墨烯比Co-P4结构作为电催化剂的效率要高。本文研究结果可以根据金属嵌入缺陷石墨烯和硼氮石墨烯的性质特点来设计它在催化领域的用途,而且为设计低廉、高效的催化剂提供有益的指导。