由于化石燃料的广泛使用，在大气中的二氧化碳浓度逐年迅速增加，这已成为一个严重的全球问题。另一方面，由于煤炭、石油和天然气等的大量消耗也引起了全球范围内的能源短缺问题。因此，对CO₂进行有效回收和利用具有解决能源及环保问题的双重意义。迄今为止，在众多的的转换方法中，通过光催化反应将CO₂转化为具有高附加值的化工产品或有机燃料是最具有发展前途的一个有效技术手段。量子化学理论研究的迅速发展以及计算机性能的快速提高，使得较精确地处理复杂的催化体系成为可能。本文在第一性原理计算的基础上，研究金属-石墨烯复合体系对CO₂的吸附活化和催化还原过程；通过理论计算和分析进行催化剂的筛选。在光催化CO₂的反应体系中，CO₂的吸附活化是一个关键步骤；不同的活化方式和CO₂的活化态决定了其反应路线和最终产物。以金属-石墨烯体系为研究对象，采用密度泛函理论方法，结合局域密度近似（LDA）和PWC泛函，计算了该体系在CO₂吸附前后的几何结构、能量、电荷分布和态密度等的变化。计算结果表明：电子从金属-石墨烯体系转移到CO₂，使CO₂带负电并活化；其中Cu-G体系对CO₂的活化效果最好，C-O键长分别增加6和14pm，O-C-C键角减小为122°；金属原子簇和石墨烯的第一电离能和电子亲和势对电子的转移起了决定性作用，金属原子簇电子亲和势比石墨烯第一电离能越大，电荷越易从石墨烯转移到金属原子簇。CO₂在Cu-G上吸附活化之后，将发生催化还原的反应。本文最后采用DFT计算方法，结合B3LYP杂化泛函分别对Cu-G体系和Cu簇合物体系作为催化剂催化还原CO₂反应过程进行了研究。讨论了催化反应历程中，两个体系反应路径、几何结构变化、基态和激发态能量变化和电子结构变化等性质。结果表明，在不考虑激发概率和激发态寿命的前提下，从反应热力学和动力学两个角度看，Cu-G体系满足用于光催化还原CO₂催化剂的条件。反应需要波长小于604.8nm的光的激发，并需要克服的91.6kJ·mol^-1反应势垒，即可将CO₂还原生成HCOOH。而Cu簇合物体系催化过程中，沿基态和激发态反应路径进行需要分别克服125.4kJ·mol^-1和146.7kJ·mol^-1的势垒，因此其不适合作为CO₂光催化还原的催化剂。