金属有机骨架材料（MOFs）是一类由金属离子和有机配体通过配位键连接形成二维或三维网状晶体结构的多孔材料,具有独特的拓扑结构、孔隙率等良好的物理特性,因而在储氢、气体储存、催化、传感和光电池等方面引起了广泛的关注。MOFs比表面积大、具有可修饰调控的均匀孔道,这些孔径一般小于2 nm,是催化活性粒子的理想尺寸,具有稳定纳米金属团簇的能力。因此在其孔道内负载金属纳米颗粒形成复合材料,既能使金属纳米颗粒均匀分散、提高稳定性和使用寿命,还有可能提高其催化活性,因而稳定性较高的MOFs被视作良好的催化剂载体。目前,围绕负载金属纳米颗粒的MOFs复合材料在合成及催化应用上已经取得了重要研究成果,然而对其形成机理及微观结构却一直缺少深入的认识,从而阻碍了该类材料更进一步的研究。而采用计算机模拟手段则有希望为我们揭示金属纳米颗粒在MOFs孔道中的微观结构,理解材料结构与性能之间的关系,最终为我们设计具有更好催化性能的复合材料提供理论指导和借鉴意义。本文中,我们主要选择Au_nPd_28-n（n=1,2,4,7）双金属团簇负载于UiO-66-NH₂材料为研究体系进行系统的理论研究并与相关材料进行比较,主要研究内容如下:一、首先利用从头算分子动力学模拟（AIMD）和密度泛函理论（DFT）方法合理预测材料的稳定结构。理论计算结果表明Au_nPd_28-n（n=1,2,4,7）双金属团簇负载于UiO-66-NH₂材料的稳定构型表现为Au原子与窗口处呈平面构型的三个Pd原子连接,处于低配位环境,Au原子高度分散于Pd团簇的外表面所对应的结构热力学稳定性最好。此外,我们利用Bader电荷分析法和差分电荷密度图对稳定结构进行分析,得知Pd团簇将电子转移给Au,使Au带负电荷,自身带正电荷。由差分电荷密度图分析得出有少量的电荷在Au原子与复合材料之间。当Au原子数为1时,束缚能-3.05 eV,转移电子数0.41|e|。同时,我们还计算了同主族其它过渡金属Cu₁Pd₂₇、Ag₁Pd₂₇、Au₁Ni₂₇、Au₁Pt₂₇和Au₁Pd₂₈双金属团簇负载UiO-66-NH₂材料的束缚能大小,并预测其稳定构型。二、为了深入地探究和理解催化剂的结构与性能之间的关系,我们选择Au₁Pd₂₇@UiO-66-NH₂材料模型作为研究对象,以CO氧化为探针反应,利用过渡态NEB方法寻找反应过渡态并完成对反应路径的研究。我们知道,催化的第一步是气体物种的吸附,我们利用DFT方法对CO-O₂几种不同的共吸附方式进行优化,以确定最佳的共吸附方式。计算的数据经过综合分析后,CO吸附于顶端Au上,O₂吸附于与之相邻的Au-Pd上为最佳共吸附模型,这种吸附模型在热力学和动力学上都是有利的。催化的第二步是发生反应,通过对可能的反应路径进行搜索并比较,结果表明本反应最优的反应路径遵循Langmuir-Hinshelwood（L-H）机理。在反应过程中CO和O₂相互靠近,穿越第一个过渡态时所对应的反应能垒为0.07 eV,然后形成中间态O-OCO*;随后两个O原子彼此远离,跨越第二个反应能垒为0.20 eV的过渡态,生成CO₂分子并脱附。整个反应过程中Au的电子性质发生变化,先失电子后得电子,充当了电荷库的作用。三、为更好地认识其催化性能,我们将双金属Au₁Pd₂₇@UiO-66-NH₂的研究结果与单金属Pd₂₈@UiO-66-NH₂催化剂以及孤立团簇Au₂₀、Au₁Pd₂₇催化剂的性能进行比较。综合热力学和动力学数据结果表明,Au₁Pd₂₇@UiO-66-NH₂双金属催化剂的性能优于其他催化剂,进一步阐明双金属纳米催化剂具有良好催化性能的本质。