چکیدهاین رساله شامل یک بخش آزمایشگاهی و یک بخش محاسباتی است. بخش آزمایشگاهی شامل سنتز گرافن عامل¬دار شده و بررسی کارایی کاتالیستی آن در تبدیل ترکیبات بتا- نیترواستایرن و بتا-متیل-بتا-نیترواستایرن¬ به هیدرازون است. امروزه کاتالیست¬های کربنی به دلیل ارزان و دسترس بودن و همچنین به¬دلیل داشتن خواص منحصر به¬فرد از جمله سطح ویژه بالا، چگالی پایین و مقاومت مکانیکی و حرارتی مناسب، نقش ویژه¬ای در فرایندهای شیمیایی ایفا می کنند. در این پژوهش ابتدا از اکسایش گرافیت به روش اصلاح شده¬ی هامرز، گرافن اکساید تهیه شد. گرافن اکساید تهیه شده در حضور اسکوربیک اسید عامل¬دار شد. گرافن عامل¬دار شده توسط آنالیزهای FT-IR،Raman ، XRD،TEM ، FE-SEM، EDS و TGA مشخصه¬یابی شد. گرافن عامل¬دار شده به دلیل دارا بودن خواص سطحی مطلوب به عنوان بستر مناسب در واکنش¬ بین هیدرازین هیدرات و ترکیبات بتا- نیترواستایرن قرار گرفت و مشتقات هیدرازون با بازده بالای 95 درصد سنتز شد و محصولات سنتز شده توسط آزمایش نقطه ذوب و آنالیزهای FT-IR، GC-MS، 1HNMR و 13CNMR مورد شناسایی و تایید قرار گرفت. بخش محاسباتی، شامل بررسی نظری تبدیل CO2 به CO در حضور کاتالیست¬های تک اتمی مس، کبالت و نیکل نشانده شده بر روی بستر گرافن است. در این پژوهش ابتدا بستر گرافن با استفاده از روش m062x/svp و بسته¬ی گاوسین (نسخه 09) بهینه سازی شد. سپس بر روی بستر بهینه شده¬ ی گرافن، فلزات تک اتمی مس، کبالت و نیکل با چندگانگی مختلف نشانده شد و این بار گرافن همراه با فلز با روش m062x/svp بهینه سازی شد. کاتالیست های بهینه شده با چندگانگی اسپین پایدارتر، جهت بررسی نظری کاهش CO2 به CO مورد استفاده قرار گرفت. اگرچه اسپین¬های مختلف برای کاتالیست¬های کبالت و نیکل امکان¬پذیر است ولی بر¬اساس انرژی نسبی و خواص اوربیتال¬های مرزی، مشخص شد که کاتالیست با تعداد اسپین بالاتر مناسب¬تر است. همچنین دو مکانیسم¬ احتمالی برای تبدیل CO2 به CO طراحی شد و ساختار همه واکنش‌دهنده‌ها، محصولات، واسطه‌ها و حالت‌های¬گذار این مسیرها بهینه‌سازی شد و آنتالپی‌ها و انرژی‌های آزاد گیبس استخراج شد. داده¬های محاسباتی در فاز گازی نشان داد که کاتالیست¬های مس و کبالت مطلوب¬تر از کاتالیست نیکل هستند. در واقع مس از نظر ترمودینامیکی و کبالت از نظر سینیتیکی مطلوب است. در ادامه، اثرات حلال بر روی مکانیسم واکنش و کاهش میزان سد انرژی واکنش، با استفاده از مدل PCM در حضور آب، بررسی شد. محاسبات نشان داد که حضور آب، انجام واکنش برای کاتالیست کبالت را بیشتر از سایر کاتالیست¬ها تسهیل می¬کند. بنابراین، در حضور آب، کاتالیست کبالت و سپس مس، مناسب ترین کاتالیست از نظر داده¬های ترمودینامیکی و سینیتیکی هستند. کلمات کلیدی: گرافن، اسکوربیک اسید، بتا- نیترواستایرن، هیدرازین هیدرات، کاهش CO2 به CO، گرافن، کاتالیست تک اتمی