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-Al2O3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-Al2O3（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-Al2O3表面的负载以及生长趋势，发现镍团簇在α-Al2O3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-Al2O3（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-Al2O3表面发生迁移时的活化能较低，镍团簇在α-Al2O3表面上吸附时会发生电荷转移，以局域极化的方式同α-Al2O3表面结合。 本文进一步考察了负载型体系Ni4/α-Al2O3（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-Al2O3（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。