本书以氮杂碳纳米材料催化燃料电池阴极氧还原反应为主线，主要采用量子化学密度泛函理论计算方法，构建了含不同过渡金属、不同类型氮、不同氮配位数的氮杂石墨烯模型，在电子－分子水平上研究了各种结构催化剂氧还原反应的催化机理和催化性能，分析了可能的氧还原反应机理，计算了中间涉及的所有可能的基元反应的反应能和活化能，通过比较活化能得到一条能量最低反应通道，并找到该通道的决速步骤等，获得了体系的动力学和热力学数据。