催化是能源和化工过程的重要的过程，然而由于催化剂结构和中间反应过程及其复杂，长期以来被认为是“黑箱”.通过理性设计找到新的环保低碳的催化过程，合成高效廉价的催化剂材料是解决能源和环境等问题的关键.石墨烯和类石墨烯等二维材料以其独特的结构和物理、化学性质受到各个领域的关注，为解决能源和材料提供了新的研究思路和广阔的应用前景.本研究一方面使用理论计算方法研究了石墨烯、二维氮化硼、硅烯和Mxene多种二维材料对过渡金属原子的电子结构的调变作用(Fig.1a)；另一方面，通过联合理论计算与STM表面实验研究了二维碳化铁体系(Fig.1b)的结构和催化性能.通过对低维模型体系的研究，使我们可以更深入地理解和认识配位环境对催化剂活性中心的影响，在此基础上我们还探索开发以二维材料为基底具有应用前景的新型催化剂.