镍催化剂上甲烷部分氧化反应是近年来受到广泛重视的合成气生产新工艺,受当前实验手段的限制,其反应机理尚不明确。本文采用基于密度泛函理论的量子力学计算程序DMol³,在原子尺度上计算并分析了单原子台阶结构和吸附O原子对该过程中的基元反应的影响,完善了反应机理。本文采用Ni（211）周期性模型表达镍表面上的单原子台阶结构,计算出CH_x（x=0⁴）在Ni（211）模型上不同活性位上的吸附能和空间构型,并使用LST/QST方法得到了台阶结构上CH_x（x=1⁴）的解离路径、过渡态和相应的能量数据。计算结果表明,金属表面台阶结构较平台结构更有利于CH_x物种的吸附。台阶结构上存在能够降低CH_x解离活化能的活性位。处于台阶结构上的特定位置时,CH₄解离全过程的关键步骤—CH₄和CH解离的活化能会大幅降低。本研究还利用Mulliken居集数分析对涉及到的反应过程进行了验证说明。本文使用Ni（111）周期性模型计算理想镍表面上的吸附O原子对甲烷解离过程的影响,得到了CH_xO（x=1³）中间体物种存在的结构形式、生成和分解过程的反应路径、过渡态以及相应的能量数据。计算结果说明,Ni（111）表面上吸附了O原子后,CH_x（x=0³）物种在其上的吸附能显著减小。CH_x（x=1³）既可以直接解离,也可以与Ni表面吸附的O原子结合成CH_xO中间体或者CHx和OH。CH_xO分解为CH_x-1O和H的过程在甲烷部分氧化反应过程中发生的几率较大。