烃类分子只含有碳、氢两种元素,可以为制备碳材料提供丰富的碳源,然而,由于烃类分子的裂解过程通常在高温,高压等极端条件下进行,虽然可以借助实验仪器对其裂解过程进行分析,但是只能分析单个或多个中间产物,对于研究其详细的裂解机理仍然存在挑战。目前,碳纳米材料的制备过程大多数有金属催化剂的存在,以降低反应所需的温度等,同样地,因反应过程迅速且复杂,其反应机理同样没有得到研究人员的统一认可。本文工作主要包括两部分:（1）利用分子动力学模拟甲烷裂解在该部分,选取甲烷作为研究对象,通过构建两个长度分别为68.38和147.3?的立方体模型,里面均含有1200个CH₄分子,分别在2500,3000和3500 K的温度下进行模拟计算,共计六个独立的模拟体系。通过分析六组数据,我们发现在3500K和0.1g/cm³的体系下,形成了一个稳定的碳纳米腔（CNC）,该过程经历四个阶段:最初CH₄的裂解,随后链的伸长和支链化,环化和环缩合,最后是链的片状化和弯曲,在这些阶段之后,获得一个直径约为3.4nm、含923个C原子及少量H的稳定CNC。（2）利用分子动力学模拟铁簇在乙烯环境中的渗碳现象在该部分,我们选取乙烯作为碳源,纳米铁簇作为催化剂,研究金属的渗碳机理。同样的,构建两个立方体模型,边长分别为71.96和155.04?,里面均含有800个乙烯分子和一个由339铁原子组成的Fe纳米团簇,分别在1500,2000和2500K的温度下进行模拟计算。通过分析计算结果,我们发现碳化铁的形成机理主要遵循以下四个步骤:C₂H₄化学吸附在纳米铁颗粒表面并进行脱氢反应,C₂H_x在颗粒表面和内部发生渗透和聚合形成短链,短链的增长和支链化,链发生交联形成更长的链和更多的支链。为金属早期渗碳过程提供了更深入的研究。