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甲烷是天然气的主要成分,可代替石油资源成为一种清洁能源。由于该物质的C-H键能很高,很难在温和条件下将其活化,过渡金属催化剂因具有良好的催化活性、选择性、化学稳定性等优点在甲烷催化转化中应用较为广泛,其中镍、钯、铂金属催化剂为较常用的催化剂。但在甲烷催化转化中高效的、经济的催化剂体系尚未找到。因此探求一种高效的催化剂体系无论对理论研究还是实验研究都是一个具有挑战性的课题。本学位论文采用基于密度泛函理论的Materials Studio软件中CASTEP模块系统地研究了过渡金属镍、钯、铂金属的(110)面以及钯掺杂镍(110)面后的催化剂体系对甲烷吸附的表面行为,对其催化体系吸附CH4的空间结构、电子结构等进行了详细地探索。首先对Ni(110)、Pd(110)、Pt(110)面吸附CH4的24种空间结构进行了几何结构优化计算,计算结果表明:顶位T4、顶位T3、空位H2分别是是CH4在Ni(110)、Pd(110)、Pt(110)面最稳定的吸附方式,这表明Ni(110)、Pd(110)面对CH4吸附的活性位均为顶位,而Pt(110)面对CH4吸附的活性位为空位。这三种吸附均属于物理吸附。吸附能分别为4.59、13.05、22.93 kJ/mol,通过吸附能大小的比较可知,CH4在吸附底物发生吸附的可能性和吸附程度由大到小的顺序为Pt(110)>Pd(110)>Ni(110)。在Ni(110)、Pd(110)、Pt(110)三种不同晶面上,C原子在2s轨道上失去的电子数与离(110)晶面最近的H原子在1s轨道上得到的电子数由多到少的顺序为Pd(110)>Ni(110)>Pt(110)。使用密度泛函理论研究了在Ni(110)表面的空位或顶位掺杂Pd后最稳定的结构,同时考察了Pd掺杂的Ni(110)面对CH4吸附的影响。结果表明,Ni(110)表面的顶位Ni被Pd取代后的结构最稳定,顶位T2是CH4在Pd/Ni(110)面最稳定的吸附方式,掺杂的顶位Pd原子是Pd/Ni(110)面对CH4吸附的活性位。CH4在Pd/Ni(110)面的吸附能8.20 kJ/mol大于CH4在Ni(110)面的吸附能4.59 kJ/mol,Pd的掺杂使吸附体系稳定性更强,体系发生的可能性和吸附程度更大。CH4吸附方式为T2时,C-H2键长最长为0.111nm,C-H2键长变化最大,C-H2键易断裂。相对于吸附前,电子从被吸附物过渡金属Pd的5p轨道、Ni12的4s轨道以及Ni22原子的4p轨道主要转移给吸附物CH4中H2的1s轨道,同时吸附物CH4中C的2s、2p轨道上的电子也大部分转移到CH4中H2的1s轨道上。