作为能源化工领域一个重要的过程，F-T合成可以把来自各种含碳有机物的合成气转化成用于替代石油过程的洁净产品。在F-T合成过程技术中，铁基催化剂因其优良的催化性能以及低廉的价格而广泛地在F-T过程中采用。随着技术进步，要求对已有铁基催化剂进行改进或形成新的高效催化剂，为此认识铁基催化剂上的F-T反应机理在F-T合成的技术进步中起着重要的基础性作用。铁基催化剂表面多相共存的复杂性使得利用目前的实验方法详细定义和理解活性相上的反应过程相当困难。因此利用量子化学方法结合有限的表征信息对F-T合成反应机理和催化本质进行详细理论研究，可以为催化剂的研发和反应工程的动力学模拟提供理论依据。　　 本文应用密度泛函方法首次研究F-T合成中铁基催化剂的主要活性相Fe5C2晶体的不同表面的性质、以及CO和H2在Fe5C2表面的单独吸附和共吸附，并且考察了不同覆盖度对CO、H2吸附态的影响，不同H2/CO比对表面各物种吸附态的影响，已经比较清楚的了解F-T合成在Fe5C2表面反应物最初的表面物种的组成及吸附态。另外考察表面乙烯酮加氢生成乙烯、乙烷、乙醛、乙醇的基元反应，分析F-T的C2产物中烃和含氧化合物的选择性，并且得到了有关实验数据的支持。这些工作为后续的研究奠定了基础。　　 (1)CO在Fe5C2(001)、(110)、(100)表面的吸附。　　 作为F-T反应的原料气，CO在表面的吸附对于研究表面的活性位，以及CO的吸附方式都是非常重要的。Fe5C2的这三个表面都来源于它的晶体结构，由于表面优化后能量和结构变化很小，所以可以用DFT方法研究此体系。CO在Fe5C2(001)、(100)、(110)表面的吸附，研究发现在低覆盖度下，CO优先吸附在这三个表面的3-配位(三个铁原子)上。(001)面上CO吸附在表面碳原子周围的吸附能比(110)上的高达0.94eV。这是由于(110)面的C2p-Fe3d能带比(001)面位于更低的能量水平，这表明(110)面的Fe-C键强于(001)面，因此阻碍的CO在(110)面的定域的吸附。与(001)、(110)不同的是，(100)的单层是由铁原子组成的，这个面上CO在高覆盖度下的吸附能有最大值。这些结果表明CO在Fe5C2表面的吸附原子结构的多样性。除(100)外，其它两个表面在实际的反应条件下也可以起到非常重要的作用。　　 (2)H2在Fe5C2(001)、(110)、(100)表面的吸附。　　 利用密度泛函理论研究H在Fe5C2(001)、(110)、(100)表面的吸附。在(001)上1/3、2/3 monolyer(ML)覆盖度下，最稳定的物种是表面CsH，而在1ML覆盖度下，CsH、CsH3可以共存。在(110)面上，只有解离的H发现在2/5 ML覆盖度下，而在4/5 ML覆盖度下，表面的CsH是最稳定的物种，在6/5 ML覆盖度下，CsH和CH3可以共存。在(001)、(110)面上，CsH2是不稳定的，可以解离成CsH或转化为CsH3。这些结果与实验观测都是一致的。在缺乏表面C原子的Fe5C2(100)上，在1/2 ML覆盖度下，只有解离的H被发现，而在1 ML下，解离的H与活化的H2可以共存。　　 (3)研究CO、H2在Fe5C2(001)、(110)、(100)上的共吸附。　　 为了理解F-T合成机理，利用密度泛函理论计算Fe5C2的(001)、(110)、(100)表面的CO和H2的共吸附。稳定的表面物种随着H2、CO的覆盖度的不同而变化。Fe5C2(001)、Fe5C2(110)都包含表面C原子，在这两个面上，热力学上计算得到表面可以稳定存在的物种包括解离的H、吸附在2-、3-、4-配位的CO、以及形成表面的CsH、CsCO、 CsHCO、CsH2CO、CsC2O2物种。这些表面物种可以作为F-T反应最初阶段的物种形式。Fe5C2(100)面的表面层只包含铁原子，稳定的表面物种有解离的H和顶位-、2-配位-的CO。　　 (4)Fe5C2(001)面上乙烯酮的加氢反应。　　 由于乙烯酮是H2和CO共吸附条件下形成的重要中间体之一，所以进一步考察Fe5C2(001)面上乙烯酮的加氢反应。计算结果表明乙烯酮解离形成烃比分步加氢生成乙醇更有利。因此有利于生成的烃产物而不是乙醇，这与实验结果是一致的。