近年来,能源危机与环境问题愈演愈烈,随着化石燃料消耗量的日益增加,很多宝贵资源面临枯竭的危机。氢能作为21世纪的新型二次能源,引起了人们的广泛关注。水煤气变换反应是制取氢能的有效手段之一,被广泛应用于催化剂制取以及各种工业过程,其中Cu基催化剂被广泛应用于低温水煤气变换反应。然而,由于纯Cu催化剂对重整气体的结合能力过弱,使得在实际催化反应中的活性太低。为了寻找和设计高活性,高稳定性的低温水煤气变换反应催化剂,人们进行了大量的研究。本文通过在纯Cu催化剂表面掺杂B原子的策略对催化剂进行结构改性,进而提高了Cu基催化剂的水煤气变换反应催化活性。通过密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）和第一性原理（First Principle）对纯Cu（111）表面和B掺杂的Cu（111）表面进行了一系列的计算研究。通过水煤气变换反应的速率限制步骤的活化能垒的比较,筛选出了最优催化潜力的主族原子B原子。此外,发现了主族原子（Be、B、C）自身的物理化学性质,如电负性、原子半径以及比热容和速率限制步骤水解离步骤的活化能垒之间存在一定的线性关系。描述了纯Cu（111）表面和B掺杂的Cu（111）表面上所有的反应中间体的吸附行为,发现B原子的掺杂使得所有反应中间体的吸附能力大大提高且所有的含碳物种都倾向于吸附在B原子区域。接着,对纯Cu（111）表面和B掺杂的Cu（111）表面进行了细致的电子结构分析,结果显示B原子掺杂的Cu催化剂表面存在两种不同电子结构的异性Cu原子,这种现象归因于异性Cu原子的应变效应和配体效应。随后,设计了水煤气变换反应在纯Cu（111）表面和B掺杂的Cu（111）表面上的催化反应机理。在所有的催化反应机理（羧基机理、氧化还原机理、甲酸盐机理）中,羧基机理是两个表面上最有催化潜力的催化反应机理。最后,在筛选出优选机理后,沿着最优的反应路径对反应路径上所有的反应中间体上的B原子做了电荷变化分析,分析结果表明B原子可以作为电荷转移枢纽来促进表面与吸附质之间的电荷转移过程,并且可以在阴离子状态和阳离子状态之间转换。总之,所有的计算结果表明,B原子的掺杂使Cu催化剂表面产生了不同电子结构的异性Cu原子,使得水煤气变换反应在Cu基催化剂中的速率限制步骤的活化能垒大大降低,从而提高了低温水煤气变换反应的催化性能。