利用CO2弱氧化性与乙烷定向反应生产增值产品可同时实现页岩气等碳基燃料高效利用及CO2资源化转化。目前常规催化剂对结构稳定的CO2分子难以活化,并且对活性O*物种的结合及CxHyO*的定向转化难以调控,使得反应转化率和高价值乙烯产物选择性都很低。本论文采用催化反应实验、催化剂表征分析、催化反应路径DFT计算相结合的方法,通过不同催化剂表界面结构调控CO2活化促进乙烷C-C/C-H键选择性断裂。首先通过Fe/Ni金属活性组分及载体可还原性考察了金属-载体间相互作用对乙烷与CO2催化反应性能的影响,并构建“配位环境-催化效能”关系;然后调控载体暴露晶面及Ov浓度并关联“晶面效应-空位缺陷-催化效能”关系;最后探究载体金属阳离子取代结构强化CO2活化促进乙烷定向反应并构建“取代结构-位点类型-催化效能”关系。通过本论文的研究,形成一套催化剂材料的设计-制备-结构-性能关系的研究方法,用于指导温室气体CO2资源化利用及碳基能源高效利用。相关研究工作的开展情况和主要所获结论如下:（1）获得了催化剂金属Fe-Ni活性组分对乙烷与CO2催化反应性能的影响作用机制。（1）Fe-Ni双金属活性结构的形成降低了乙烷和CO2反应活化能,并且对氧化脱氢反应的活化能也降到了最低（99.5 k J/mol）,因此呈现了较高的C2H4收率;（2）Ce O2载体表面活性金属Fe/Ni负载后Ni~0/Fe2+与Ce4+的相互作用导致了Ni~0/Fe2++Ce4+?Ni2+/Fe3++Ce3+的氧化还原循环,促进了电子转移过程中氧空位和不饱和化学键的产生,提高了CO2和C2H6的催化反应性能;（3）活性金属负载改善了催化剂氧化还原性能,晶格氧Oα的含量减少,而表面吸附氧Oβ的含量增加,Fe/Ni与Ce之间存在协同作用,氧传递产生了额外的表面吸附氧;（4）乙烷与CO2在Fe-Ni基催化剂上的脱氢反应最优路径为C2H6的直接活化脱氢生成C2H5*,然后发生O*辅助的后续氧化脱氢反应过程,Fe-Ni双金属结构的形成大大降低了氧化脱氢反应的能垒,因此具有较高的氧化脱氢反应的活性和C2H4的选择性。（2）揭示了可还原性载体（Ce O2/Zr O2）与活性金属间的强相互作用关系及其对乙烷与CO2催化反应性能的调控规律。（1）可还原性载体Ce O2和Zr O2上活性金属与载体间的强相互作用使得Fe1.5Ni0.5/Ce O2与Fe1.5Ni0.5/Zr O2催化剂上的Fe-O-Ce、Fe-O-Zr共价键强于Fe1.5Ni0.5/Ti O2和Fe1.5Ni0.5/γ-Al2O3上的Fe-O-Ti和Fe-O-Al共价键;（2）可还原性载体的催化剂上的晶格氧更容易参与反应,活性金属与载体间的强相互作用使得Fe Ox在载体上被还原,这新形成的活性中心保持了催化剂上的高反应活性,活性物种Fe3+/2+-Ni2+/0与可还原性载体变价金属Ce4+/3+物种之间相互促进的氧化还原循环,从而提高了对乙烷与CO2反应的催化性能。（3）阐明了催化剂Zr O2载体晶相结构（单斜晶相/四方晶相/混合晶相）对CO2辅助的乙烷脱氢反应性能影响规律。（1）单斜相Fe1.5Ni0.5/Zr O2-M催化剂表现出最大的乙烷（21.8%）及CO2（25.2%）转化率和C2H4选择性（80.5%）,适用于氧化脱氢反应;（2）Zr O2的单斜相选择性地暴露出具有更高氧空位（Ov）密度和更强金属-载体相互作用的（-111）和（111）低指数表面,这使得更多具有催化活性的FexZr1-xO2结构形成;（3）氧空位Ov和Fe2+-O-Zr3+位点通过直接的C=O键断裂来补充O*物种,从而促进CO2的活化,氧化性的Fe3+-O-Zr4+位点上O*物种被捕获并与源自于乙烷C-H选择性键断裂的产生的H*结合以生成H2O,还原性活性位点Fe2+-O-Zr3+被CO2氧化和Fe3+-O-Zr4+被H*还原的循环转化促进了氧化脱氢反应的连续高效运行。（4）揭示了Ce O2载体暴露晶面（111/110/100）结构对CO2活化及乙烷脱氢反应性能影响机制。（1）不同形貌的Ce O2暴露出不同的晶面,从而表现出不同的Ov密度,Fe1.5Ni0.5/Ce O2-R具有最高的Fe3+和Ni~0密度,活性金属高价态的Fe3+和还原态的Ni~0组合形成的Fe3+-Ni~0结构为最佳的ODEC活性位点;（2）棒状的Fe1.5Ni0.5/Ce O2-R催化剂比片状Fe1.5Ni0.5/Ce O2-O催化剂具有更低的C2H6和CO2解离反应和氧化脱氢反应的活化能,主要暴露（-111）面的Fe1.5Ni0.5/Ce O2-R催化剂上C2H4的选择性在650℃时达到最高值82.51%;（3）Ce O2（111）表面具有三配位的O和七配位的Ce,这增强了Ce O2（111）的表面稳定性,Ce O2（111）表面上最有利的CO2吸附是与表面氧形成三齿碳酸盐,CO2在还原表面上具有-0.74 e V的吸附能,在氧空位（Ov）存在的情况下,CO2与表面的相互作用更强,从而促进了CO2的吸附和活化。（5）获得了立方晶相Ce O2载体上不同金属阳离子（Zr、Ti、La）取代结构对CO2活化以及乙烷定向转化的调控作用机制。（1）立方体Ce O2-C上不同金属阳离子（Zr、Ti、La）的最佳取代量为2～3%,Ti取代的Fe1.5Ni0.5/Ce Ti-2催化剂乙烷转化率最高为11.8%,CO2转化率最高为21.2%,并且呈现了高于80%的高值产物C2H4选择性;（2）Ti、La的取代结构中Ti/La物种高度分散进入Ce O2晶格形成Ti/LaxCe1-xO2-δ固溶体,取代结构诱导出具有更多高乙烯选择性的（-111）和（110）晶面,Ti取代的催化剂中Ce3+的比例最高,这提升氧活化和转移使得Fe1.5Ni0.5/Ce Ti-C-2呈现了更高催化反应活性;（3）金属阳离子取代的存在削弱了相邻的Ce-O键强度,Ti取代结构有利于作为CO2还原的高活性中心Ov的产生,CO2解离过程能垒由原始Ce O2（111）上的3.87 e V下降为2.17 e V,反应能吸热为1.03 e V,从动力学和热力学角度考虑,CO2在Ti-Ce O2（111）上的初始还原解离比在原始、Zr和La取代的Ce O2（111）上更具竞争力,进一步证实了乙烷与CO2在Fe1.5Ni0.5/Ce Ti-2催化剂上的高反应活性。