甲烷部分氧化过程反应快速,接触时间短（<10-2s）,反应温度高,实验测定中间产物比较困难,目前对反应机理的认识还存在相当大的争论,其催化剂的选择性和稳定性也还有待于进一步的提高。量子化学计算能够为研究者提供关于反应物、中间体和产物的结构和能量信息,进而为催化剂的改性和工艺的改进提供理论依据。本文采用基于密度泛函理论（DFT）的Dmol3模块,研究了α-Al₂O-3载体上镍团簇（Nin,n=1～4）的负载情况,进而考察了四元镍团簇的负载型模型Ni4/α-Al₂O-3（0001）在甲烷部分氧化反应中的催化性能。金属同载体之间的相互作用影响着催化剂的性能。本文通过模拟镍原子在α-Al₂O-3表面的负载以及生长趋势,发现镍团簇在α-Al₂O-3表面上更倾向于形成立体结构。这是因为随着团簇中镍原子数的增加,镍和载体表面之间的作用逐渐下降,而Ni-Ni作用逐渐增加,对于团聚能的影响也逐渐增大,因而在α-Al₂O-3（0001）面上镍团簇更易于形成三维结构。本文在计算中也发现,镍原子在α-Al₂O-3表面发生迁移时的活化能较低,镍团簇在α-Al₂O-3表面上吸附时会发生电荷转移,以局域极化的方式同α-Al₂O-3表面结合。本文进一步考察了负载型体系Ni4/α-Al₂O-3（0001）在甲烷部分氧化反应中的催化性能。通过计算发现,甲烷在负载型体系中进行第一步解离的同时发生化学吸附,解离过程所需的活化能为240.2 kJ/mol。镍团簇的棱边的位置是各物种的优先吸附位,各物种吸附的优先顺序为H > O2 > CH3 >> CH4 >H2。氧化铝负载的镍团簇能够有效地活化O2分子,这有利于形成表面氧物种,促进氧化反应的进行;同单纯的镍团簇相比,氧化铝载体减弱了镍团簇对H2分子的化学吸附,有利于产物H2的解吸,提高H2的产率。本文使用基于DFT理论的量子化学计算模块计算了镍团簇同α-Al₂O-3（0001）面的相互作用及其在甲烷部分氧化反应中的催化性能,揭示了负载型镍基催化剂的结构特点和催化性能,可以为研究者了解甲烷部分氧化反应的机理,设计更有效的催化体系提供理论指导。