丙烯是石油化工和化学工业中最重要的原料,用于合成丙烯腈、环氧丙烷、丙酮等的原料,也是评价化工产能的常用指标之一。传统的工艺主要有三种方法:其一,流体催化裂化;其二,石脑油的蒸汽裂解;其三,轻柴油的蒸汽裂化。但是,随着化石能源的快速消耗,传统的丙烯生产方法已不能满足日益增长的需求。因此,需要探究一种有效可持续且节能的制备方法。本文重点使用基于密度泛函理论（Density Functional Theory）的微观动力学模拟来阐述在催化剂氧化铬中加入二氧化碳和掺杂金属单原子对丙烷脱氢的影响:（1）丙烷脱氢制丙烯有两种主要途径,分别是直接脱氢和氧化脱氢。直接脱氢是一个高度吸热的反应,产率受热力学限制。另一方面,氧化脱氢往往需要加入一些氧化剂,如氧气等。然而强氧化剂因其具有强氧化能力会引起丙烷深度反应,这严重降低了产物的选择性。因此,催化丙烷脱氢的关键问题是如何尽可能提高催化剂的稳定性和丙烯的选择性。研究证实二氧化碳作为一种温和的软氧化剂在催化丙烷脱氢中具有促进作用。丙烷脱氢、反向水煤气变换和反Boudouard等反应中基本步骤的速率常数是从用于微动力学模拟的DFT计算中获得的。研究发现丙烷转化和丙烯形成的转化频率（Turnover frequency）都随着二氧化碳的加入而显著增加,部分原因是表观活化能降低。其中,基元反应CH3CH2CH3*+*→CH3CH2CH2*+H*被认为是决定速率控制步骤。研究结果表明丙烷和二氧化碳的分压对转化频率有直接影响。另外,当空位水脱附催化剂表面后,会留下氧空位,而二氧化碳可以补充其氧空位。通过反应途径分析得出了二氧化碳的主要作用是去除氢原子和恢复氧空位。（2）掺杂金属单原子可以改变催化剂的性质,从而使反应速率、选择性、稳定性等发生变化。本文引入掺杂金属单原子Ge、Ir、Ni、Sn、Zn和Zr,研究了六种掺杂金属对丙烷脱氢的作用。通过研究发现,掺杂金属单原子Ni和Zn是丙烷脱氢的最优选择。杂原子引入可以降低丙烷脱氢的表观活化能,促进丙烷的反应速率和丙烯的生成速率。主要原因是Ni和Zn是第四族过渡金属元素,它们具有相似的离子半径,可以最有效地替代晶格中的Cr原子。