有限的化石燃料资源以及环境问题刺激了人们对替代能源的广泛而深入的研究。为了减少对原油的依赖并严格遵守全球环境规定,CO₂和CO的氢化在很多情况下是极其重要的反应。逆水煤气变换（RWGS）反应可用于生成CO,也是通过CO₂加氢生成各种燃料（甲烷,汽油,柴油和甲醇）的第一步。通常认为CO是生成CH₃OH的关键中间体。甲醇被认为是未来运输需求的重要替代燃料,无论是甲醇作为制造商用化学物质的原料和燃料添加剂都具有吸引力。费-托合成（FTS）通过CO和H₂生成碳氢化合物,成为生产化学原料和发动机燃料的重要途径,而且不产生对环境有害的化合物。用于有效氢化CO₂的催化剂开发是一个活跃的研究领域。一方面,它可以减少我们对用于生产化学燃料的原料和化石资源的依赖。另一方面,它还可以可持续、经济有效地利用二氧化碳。CO₂加氢生成有用的化学物质如CO,CH₄,CH₃OH,C₂H₄,C₂H₆等,它们在未来的能量转换和储存中发挥着重要作用。因此,本文详细地研究了M₁/W₆S₈（M=Co,Ni,Fe,Ru,Os,Rh）单原子催化剂催化CO和CO₂加氢、逆水煤气变换反应和甲醇合成。主要内容有:1.采用密度泛函理论（DFT）计算了在M₁/W₆S₈（M=Co,Ni）单原子催化剂上催化甲醇合成和费托合成（FTS）中C₂烃的生成。计算了CO解离,CH_x氢化,CH_x+CH_y耦合,CO/HCO插入CH_x,参与C₂烃形成的CH_xCH_y-O键断裂的活化能垒和反应能。Ni₁/W₆S₈催化剂催化甲醇的合成通过CO*+4H*→CHO*+3H*→CH₂O*+2H*→CH₃O*+H*→CH₃OH*。相反,Co₁/W₆S₈催化剂有利于C₂烃的生成。用过渡态理论（TST）确定随后在Co₁/W₆S₈和Ni₁/W₆S₈上CH₃O*接下来反应步骤的速率常数。同时,使用d带中心来证明前面步骤的正确性,Co₁/W₆S₈的d带中心值比Ni₁/W₆S₈更接近E_F,结果表明,Co₁/W₆S₈的催化活性更高。为理解和开发用于C₂烃和甲醇合成的新型M₁/W₆S₈（M=Co,Ni）单原子催化剂提供了基础。2.采用密度泛函理论计算了M₁/W₆S₈（M=Fe,Ru,Os）单原子催化剂上的RWGS（CO₂（g）+H₂（g）→CO（g）+H₂O（g））。结果表明,Fe₁/W₆S₈单原子催化剂上的甲酸机理（机理C）是最适合RWGS的机理,决速步的能垒为30.1 kcal/mol。另外,基于能量跨度模型（ESM）和d带中心位置,分析Fe₁/W₆S₈是反应的高效催化剂。之后,选择催化活性最高的催化剂Fe₁/W₆S₈催化CO加氢。CH₄*是通过CO*→COH*→HCOH*→CH*→CH₂*→CH₃*→CH₄*生成的,决速步的能垒为24.8kcal/mol。通过CO*→COH*→HCOH*→H₂COH*→CH₃OH*生成CH₃OH*,决速步的能垒为26.0 kcal/mol。在Fe₁/W₆S₈上,CH*是生成C₂H₄和C₂H₆最有利的单体,其生成遵循的机理为CO*→COH*→HCOH*→CH*。一旦生成CH*,它将通过CH*的自耦合生成C₂H₂,而不是加氢生成CH₄,因为CH*生成CH₂的能垒相对于CH*+CH*耦合的能垒较高。最终,C₂H₆可以通过具有中等能垒的C₂H₄进一步氢化来生成。3.与W₆S₈或Rh₁/Mo₆S₈相比,Rh₁/W₆S₈具有更高的催化活性和最高的TOF值。Rh₁/W₆S₈通过催化逆水煤气变换（RWGS）反应CO₂氢化成CO,然后通过中间体甲氧基（CH₃O*）氢化以生成CH₃OH。