乙烯是石油化工行业的基石,乙烷催化氧化脱氢是乙烯生产的重要途径之一,NiO催化剂表现出优越的低温氧化乙烷性能和较高的乙烯选择性。本论文旨在利用密度泛函理论方法来探究NiO催化剂上乙烷氧化脱氢的活性位和反应机理,主要的研究内容和结论如下:（100）晶面和（110）晶面上乙烷的活化:乙烷在NiO表面的吸附是一个物理吸附过程,乙烷C-H键断裂通过异裂机理进行,并且反应过程中乙烷分子和NiO催化剂表面存在较强的酸-碱相互作用。NiO（110）晶面比NiO（100）晶面具有相对更优越的乙烷活化性能,并且在NiO（100）晶面,镍空位能促进乙烷的活化;而在NiO（110）晶面,氧空位和镍空位都会抑制乙烷的活化。镍空位或者氧空位对NiO（100）和NiO（110）表面上乙烷的活化具有不同影响的原因就是活性位Ni-O对的性质不同。乙烷的活化能垒受活性位O-Ni对性质的影响,氢吸附能（氧活性）、C₂H₅吸附能（镍活性）和O-Ni对键强（氧-镍相互作用）可以作为O-Ni对性质的描述符。较强的氢吸附能和C₂H₅吸附能,同时伴随着较弱的O-Ni对相互作用,能促进C-H键的断裂并降低乙烷活化能垒。（100）和（110）表面上晶面和吸附O₂对乙烷氧化脱氢反应机理的影响:在NiO（100）和NiO（110）晶面上乙烷氧化脱氢是一个吸热反应,反应遵循Mars-van Krevelen机理,最终生成乙烯和H₂。（110）晶面表现出更好的催化乙烷C-H键断裂活性,但（100）晶面上乙烯的选择性更高。氧空位表面很容易吸附气相中的O₂,吸附氧能显著降低C-H键断裂能垒。在吸附O₂的表面乙烷氧化脱氢反应放热,最终生成H₂O和乙烯。吸附氧会降低NiO（100）表面乙烯的选择性,但却能提高NiO（110）表面乙烯的选择性。主要是因为吸附O₂后,NiO（100）表面容易生成CH₃CH中间物种,导致乙烯深度氧化,选择性降低;而NiO（110）表面CH₂CH₂物种不容易深度氧化,乙烯选择性提高。（111）表面重构对乙烷活化的影响:表面重构使表面向内收缩,层间距减小,表面更加稳定。理想表面乙烷在活性位O-O对上进行活化反应,C-H键的断裂是一个没有能垒的自发过程;重构表面乙烷C-H键断裂的活性位为O-Ni对,反应能垒明显增加。理想NiO（111）表面的晶格氧原子吸附H原子能力较强,有利于C-H键的断裂。表面重构使晶格氧原子与H原子的相互作用减弱,乙烷活化能垒增加。在重构表面上,乙烷C-H键断裂后形成O-H和Ni-C₂H₅物种的能垒更小,这与过渡态时形成的C₂H₅-Ni-H-O四中心结构和乙烷活化时形成的酸碱对有关。