甲烷部分氧化反应制合成气近年来受到人们的广泛重视。与贵金属催化剂相比,Ni基催化剂具有低成本、高活性的优点,在该反应中具有工业应用前景,但是该催化剂存在容易积碳的缺点。深入了解添加不同助剂对Ni基催化剂表面抗积碳性能的影响,并研究积碳的生长机理,可以为该过程催化剂的研究提供帮助,具有重要的理论和实际意义。本文采用基于密度泛函理论的量子化学计算方法,考察了甲烷部分氧化过程中Ni、Pt、NiPt合金和NiIr合金表面的抗积碳性能,并进一步研究了Ni表面积碳的生长过程的可能机理。通过考察甲烷部分氧化过程中对Ni基催化剂的积碳有重要影响的三个反应过程,即CH→C+H、C+O→CO和C+C→C₂,研究不同催化剂的抗积碳性能。计算了金属（111）表面上三个反应的活化能以及反应物、过渡态和生成物的空间结构和能量。结果表明,与其它（111）表面相比,NiIr（111）表面吸附物种具有不同的吸附位。与Ni（111）相比,NiPt（111）表面上C物种不易长大,NiPt催化剂对积碳的形成有一定的抑制作用;NiIr（111）表面CH物种容易活化解离,所生成的C物种不易长大,且易生成CO,可很好地抑制积碳的发生。本文研究了Ni（111）表面C物种生长到C₆物种的可能反应路径,计算得到了各个碳物种在Ni（111）表面的吸附能量和空间构型数据。研究发现,石墨碳的形成途径起始于CH物种解离后生成的C物种,并逐个累积生长成为C₂、C₃、C₄、C₅物种,最终形成石墨六碳环物种。在研究中还发现,与C物种逐个累积过程中C₄和C₆物种的生成相比,C₂和C₂物种直接结合生成C₄、C₃和C₃物种直接结合生成C₆物种的活化能较大,但二者相差较小,后两个反应在甲烷部分氧化反应过程中也可能发生。