在非均相催化反应过程中,小分子的化学吸附行为能够改变固体表面的电子状态,这对后续催化反应有显著的影响。H2和O2是典型的气态小分子,可作为还原反应和氧化反应的探针分子。本文采用计算方法研究了小分子H2和O2对催化剂表面d带中心和自旋态的影响,为高效催化剂设计提供理论指导。首先,利用DFT筛选了高效的加氢过渡金属催化剂,并研究了表面H覆盖度对Pt表面d带中心的影响规律。具体来说,先通过比较硝基苯和苯乙烯两种简化模型的吸附能,并将其与d带中心相关联,筛选出最佳的过渡金属催化剂。结果表明Pt（111）晶面兼具较高的选择性和较高的转化率。应用表面H覆盖策略来调节Pt（111）晶面上的d带中心,H覆盖度的增加导致d带中心下降,从而可以选择性地增强对硝基的吸附。但过高的H覆盖度（如75%或100%,d带中心较低）会使硝基的化学吸附转变为物理吸附,从而降低催化活性。因此,适度的d带中心偏移（约-2.14 e V）可以实现高选择性和高转化率。然后,利用DFT计算研究了O2吸附对单原子Fe合金位点（SAACS-Fe）的影响。结果表明单原子Fe位点由于其特殊的自旋状态易受O2的配位影响,导致Fe原子的自旋态发生显著变化。通过计算SAACS-Fe活化O2过程中的自旋态变化和磁性相变,发现在10O相位存在电子转移机制,这导致了局部出现磁性的周期变化（RKKY现象）。这个效应有利于表面脱附和表面O2溢流迁移,导致该表面具有较高的O2活化性能。最后,研究了在富O2环境下ZnO金属缺陷量与自旋极化的关系。ZnO金属缺陷会导致局域的电子自旋极化,这对后续的吸附和催化过程有着显著影响。本文最后研究了金属缺陷ZnO的电子密度,带隙和自旋电子形成机制。结果表明,金属缺陷下的ZnO由半导体逐渐向导体过渡,电子逐渐流出费米能级,这归结于配位不饱和的晶格O位点。ZnO的自旋极化率随金属缺陷量增加呈火山型规律,12.51%-Zn缺陷的ZnO的极化率达到最高值0.48。