1,3-丁二烯是生产橡胶、树脂、工程塑料的重要单体,在化工行业占有不可替代的重要地位。现有的丁二烯生产主要基于石油原料,发展非石油路线的乙醇生产丁二烯技术,符合我国能源结构实际及可持续发展要求。锆基催化剂是目前最具有应用前景的催化体系之一,主要包括锆基氧化物催化剂和锆基分子筛催化剂。本文采用密度泛函理论（DFT）对锆基催化剂催化乙醇制丁二烯的过程（ETB）反应机理进行了系统研究,构建了锆氧化物催化剂的活性面模型及Zr-β分子筛的开放位点、闭合位点模型,考察了锆基催化剂不同结构对ETB反应的影响。本文构建了锆基氧化物ZrO2（101）模型并研究了其表面的吸附性质及ETB反应机理。研究发现ZrO2（101）表面存在两种Zr活性位点,Zr2原子相对于Zr1原子具有稍强的Lewis酸性。关键反应物种在Zr O2（101）表面吸附时,最稳定吸附位都在Zr2位,其中乙醇在表面为解离吸附,吸附能最强。在Zr O2（101）表面的ETB过程,基元反应能垒最高的质子转移步骤,降低质子转移步骤的能垒,可以促进锆氧化物的ETB催化活性。构建了锆基分子筛Zr-β上开放位点和闭合位点活性中心模型,对比了两种位点的结构差异,分别考察了锆基分子筛两种位点上的ETB反应机理。研究发现Zr原子进行T5位点骨架替换后,T5位点反应活性增强。Zr-β开放位点相较于Zr-β闭合位点更加活泼,关键反应物种在开放位点吸附作用更强。乙醇相对于乙醛和丁烯醛,在开放位点的吸附能更大。闭合位点的ETB过程,能垒最高的基元反应步骤是质子转移步骤,与锆氧化物表面具有相似性。锆基分子筛Zr-β开放位点相较于闭合位点及锆基氧化物表面发生ETB的历程差异在于质子转移步骤,Zr-β开放位点的Zr-OH参与了质子转移步骤,降低了在开放位点发生质子转移的反应能垒,致使在Zr-β开放位点,能垒最高的基元反应步骤由质子转移变成了Meerwein–Ponndorf–Verley（MPV）反应。研究发现Zr-β开放位点上的Zr-OH参与ETB过程经历了两次消除、两次生成的循环机制。Zr-OH分别在羟醛缩合和MPV步骤中参与了质子转移过程。对于羟醛缩合步骤,Zr-OH与乙醛脱除的α-H生成水从骨架中消除,然后Zr位点吸附第二个乙醛完成碳链增长,在生成丁烯醛的同时从吸附质上脱除的H和O在骨架上生成Zr-OH;对于MPV步骤,Zr-OH与乙醇脱除的羟基H形成水第二次消除,乙氧基将α-H通过MPV反应转移给共吸附的丁烯醛,丁烯醛接受α-H后生成丁二烯,在生成丁二烯的同时在骨架上第二次生成Zr-OH。