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本文利用密度泛函理论(DFT)研究了多个非贵金属配合物催化二氧化碳加氢反应的详细机理，并计算预测了一系列具有较高潜力的新型非贵金属配合物。 本文前两章为研究背景和理论方法简介，第三章介绍了基于单铁氢化酶活性中心结构的新型钴催化剂计算设计。DFT计算结果预测新型钻催化剂催化二氧化碳加氢到甲酸以及甲酸脱氢反应的自由能垒在水中仅为23.1kcal/mol。酰甲基吡啶配体中的氧与金属中心以受阻路易斯酸碱对的方式活化氢分子并形成较稳定的Co-Hδ-…Hδ+-O金属双氢键结构，是催化循环中的关键步骤之一。 第四章分为两部分，第一部分是关于铁环戊二烯酮配合物催化二氧化碳氢化到甲酸的机理研究及新型催化剂设计。第二部分是关于铁环戊二烯酮配合物催化二氧化碳氢化到甲醇的机理研究及新型催化剂设计。在第一部分工作中，我们不仅仅深入研究了铁环戊二烯酮配合物催化二氧化碳氢化到甲酸的详细机理，同时也提出了一系列钴、锰环戊二烯酮配合物结构，并计算预测了它们催化二氧化碳氢化反应的潜力。计算结果显示所有预测结构中催化活性最好的是一个钴配合物，其催化二氧化碳氢化到甲酸的自由能垒为20.0kcal/mol。第二部分工作是新型铁、钴、锰环戊二烯酮配合物的设计和它们催化二氧化碳加氢到甲醇的反应过程预测。我们不仅仅评估了9种实验上报道的铁环戊二烯酮配合物的催化活性，同时也构建了37种新型铁、钴、锰环戊二烯酮配合物，并分析了它们催化二氧化碳加氢到甲醇反应的潜力。总体来说，铁和锰配合物的反应能垒较低，其中2，5-(SiMe3)2-3，4-CH3CHSCH2(η5-C4COH)]Fe(CO)2H在甲醇中催化二氧化碳加氢到甲醇反应的总自由能垒为25.1kcal/mol，表明其具有潜在的高催化活性。 第五章是关于锰双羟基吡啶配合物催化二氧化碳氢化到甲酸盐和甲酰胺的反应机理研究。我们发现了一个罕见的双羟基联吡啶两侧羟基同时参与的双质子迁移过程。在传递两个质子的同时，断开N-H和C-O键，并形成C-N键。反应的决速步为氢负离子从Mn迁移到二氧化碳形成甲酸根的过程。生成甲酸盐和甲酰胺的反应势垒分别为28.3（在乙腈中），和30.7kcal/mol（在二氧己环中）。