“双碳”目标可带来环境质量改善和能源产业发展的多重效应。为实现“双碳”目标,一方面积极开发可再生能源（如风能、太阳能及氢能等）的电化学储能器件,从前端减少化石燃料能源消耗造成的CO2排放。另一方面对CO2有效实施捕获和电催化转化,从后端降低碳循环中CO2含量。锂硫电池和电催化CO2还原分别是前端和后端策略中重要的电化学转化技术。探究高效稳定的硫还原和CO2还原电催化剂,明确电催化机理和构效关系规律,是实现上述双重策略的关键。本文基于密度泛函理论计算,研究了锂硫电池中钴基硫族化物催化硫还原的机理与规律,基于此探究黑磷体系并预测路易斯酸掺杂黑磷的优势催化活性;揭示二维双金属酞菁基MOFs催化CO2还原机制并实现优势催化剂预测。论文主要内容和研究结果如下:（1）钴基硫族化合物CoX2（X=S、Se和Te）作为硫还原电催化材料的催化机制与规律性理论研究。研究结果表明,催化活性顺序为Co Te2＞Co Se2＞Co S2。Co Te2催化剂优势的原因在于具有适中的吸附能力和锂迁移能力,以及优异的充电过程催化能力。进一步揭示机理,材料表面Co-X4结构中两原子层相对垂直排布（而非X原子电负性）是影响吸附能力的主要因素。（2）杂原子（N、B和Al）掺杂黑磷作为硫还原电催化材料的催化机制与理论预测。研究结果表明,路易斯酸原子B/Al掺杂黑磷能够促进多硫化物吸附和催化转化。其原因在于形成了Li-P和B/Al-S双相互作用以提高吸附能力;B/Al与P原子形成B/Al-P路易斯酸碱对降低催化转化过程能垒。（3）双金属二维酞菁基MOFs（M=Co、Cu和Zn）作为CO2还原电催化材料的催化机制与理论预测。揭示催化活性二级调控策略:反应位点（第一金属）价电子数和电负性构成一阶调控的主导因素,实现主要调控;相邻金属位点（第二金属）影响反应位点配位键键长进行二阶调控,实现间接精细调控。基于二级调控策略发现Co Pc-Co-O是具有双优势活性位点的催化剂;发展一种基于材料物理性质的本征描述符,基于该本征描述符的催化活性规律与实验结果一致。