低浓度煤层气高效稳定能源化转换一直是研究热点,催化燃烧方式可高效利用煤层气中的低浓度甲烷,是一种新型CH4燃烧技术。Pt-Pd双金属在CH4催化燃烧中综合性能表现最佳,然而Pt-Pd双金属上CH4氧化机理尚不明确,Pt-Pd双金属高催化活性的本质尚未从原子层面探究。因此,本文基于密度泛函理论,对Pt-Pd双金属上CH4的脱氢及氧化过程进行了研究,重点探寻CH4氧化的最优路径,Pt-Pd掺杂方式对CH4脱氢特性及氧化路径的影响,以及Pt-Pd双金属高催化活性的内在原因,为进一步提升Pt-Pd双金属催化剂在CH4催化燃烧中的活性与稳定性打下理论基础。本文获得的主要成果如下:（1）阐明了Pt基与Pd基团簇上CHx（x=1-4）的吸附特性与脱氢反应的热力学及动力学特性,发现在CH4脱氢反应中Pt基团簇优于Pd基团簇。通过吸附能计算确定了CHx（x=1-4）的吸附强度顺序为C＞CH＞CH2＞CH3＞CH4;通过热力学与动力学计算确定了CH3与CH的活化为关键反应,其中Pt基团簇利于CH3的活化,Pd基团簇利于CH的活化,因此Pt基团簇的活性与抗积碳生成能力更佳。（2）确定了Pt-Pd双金属团簇上CH4完全氧化的反应机制,获得了Pd的中心掺杂以及Pd的壳层掺杂方式对Pt基团簇上CH4氧化最优路径和反应速控步的影响。通过对CH4不同氧化反应路径的能垒及反应速率常数进行比较确定了CH4氧化的最优路径。在Pt13及Pt12@Pd团簇上最优路径为CH4*→CH3*→CH2*（+O*）→CH2O*→CHO*→CO*（+O*）→CO2*,CH3*→CH2*是反应速控步;在Pt12-Pd团簇上,最优路径变为CH4*→CH3*（+O*）→CH3O*→CH2O*→CHO*→CO*（+OH*）→COOH*→CO2*,速控步变为CH4*→CH3*。（3）揭示了Pt-Pd双金属团簇具有高催化活性的内在原因,确定了双金属掺杂方式,反应位点以及电荷转移情况与催化活性之间的联系。通过对各团簇上关键反应的能垒及反应速率的对比,确定了催化CH4氧化活性的高低顺序为:Pt11-Pd2＞Pt12@Pd＞Pt12-Pd＞Pt13,即中心与壳层同时掺Pd活性最佳;明确了反应位点对关键基元反应的影响（Pt位点利于CH4活化、Pd位点利于CH3活化）;探明了在关键速控步CH4与CH3活化反应中,电荷转移量增加意味着反应能垒降低的规律。本文通过CH4氧化的系统性密度泛函理论研究明确了Pt-Pd双金属上CH4催化氧化最优路径,揭示了Pt-Pd双金属高催化活性的内在机制,为高效双金属催化剂的制备提供理论指导。