1.基于空气为反应气源的潜在ORR和NRR催化剂的方法，其特征在于，基于不同N‑C配位环境和不同活性位点Tm原子构筑单原子催化剂模型，依托第一性原理密度泛函理论开展稳定性分析、空气主成分竞争性吸附、物脱附的层层渐进式筛选，快速定位出潜在的适应空气为反应气源的ORR或NRR的催化剂；

具体包括以下步骤：

S1、基于第一性原理密度泛函理论，构建包括单空位和双空位所有的过渡金属以及不同浓度N掺杂石墨烯的基底催化剂模型，分别记为Tm‑NX‑C3‑X‑Gra和Tm‑NX‑C4‑X‑Gra；其中根据氮‑碳组合构型，将Tm‑N2‑C2‑Gra构型分为五元环型pen、对位型opp和六元环型hex；

S2、对于N配位单过渡金属掺杂石墨烯形成的双空位催化剂模型，根据形成能ΔEf计算公式(1)和结合能ΔEb计算公式(2)计算所有预筛选模型的形成能ΔEf和结合能ΔEb；根据ΔEf<0eV和ΔEb

其中 和EGra分别代表双空位型单原子催化剂Tm‑NX‑C4‑X‑Gra、缺过渡金属的催化剂模型NX‑C4‑X‑Gra和石墨烯Gra的体系能量，EC、ETm、EN分别代表单原子C、Tm、N的能量；

对于单空位催化剂模型，其形成能ΔEf和结合能ΔEb分别如计算公式(3)和(4)；其中和 分别代表单空位型单原子催化剂Tm‑NX‑C3‑X‑Gra和缺过渡金属的催化剂模型NX‑C3‑X‑Gra体系能量；

S3、构建不同吸附模式下O2的吸附模型并优化结构，选取能量最低的吸附模型，根据公式(5)计算催化剂对于O2的吸附能；

其中 是指催化剂吸附O2的体系总能量， 是指单个O2分子的能量，sub为催化剂基底模型，单空位和双空位模型，分别记为Tm‑NX‑C3‑X‑Gra和Tm‑NX‑C4‑X‑Gra；

S4、构建不同吸附模式下N2的吸附模型并优化结构，选取能量最低的吸附模型，根据公式(6)计算催化剂对于N2的吸附能；

其中 是指催化剂吸附N2的体系总能量， 是指单个N2分子的能量；

S5、比较同一基底，对O2和对N2的吸附能大小，当O2吸附能等于或近似等于N2吸附能，意味着以空气为气源会存在氧气和氮气共吸附情况，后续则有ORR和NRR混杂共存；该情况既不适合NRR也不适合ORR，舍去；

S6、当 也即O2吸附能力>N2吸附能力时，说明催化剂会优先吸附氧气；

越小于 则选择性吸附O2的能力越强；因考虑催化剂循环性，产物须较容易脱附或者不吸附；ORR反应产物为H2O，所以进一步探究H2O的吸附能，根据公式(7)；若也即H2O的吸附能力

其中 指催化剂吸附H2O的体系总能量， 指单个H2O分子的能量；

S7、当 也即O2吸附能力

其中 指催化剂吸附NH3的体系总能量， 指单个NH3分子的能量。