低碳烯烃是现代化学工业的重要原材料之一。合成气直接制烯烃技术作为石油裂解制低碳烯烃技术的替代路线,开发该技术对我国能源安全和经济发展具有重大意义。在催化合成气直接制低碳烯烃反应中,Fe基催化剂具有高反应活性和高选择性等优点。χ-Fe5C2（510）面是铁基催化剂活性相中暴露最多的表面,合成气在该表面上的反应机理可在一定程度上代表Fe基催化剂反应机理。现阶段报道χ-Fe5C2（510）面上反应机理的研究忽略了对χ-Fe5C2（510）加氢反应过程的研究,导致根据该反应机理预测的费-托合成产物分布与实验结果存在较大的偏差。本论文采用密度泛函理论（DFT）与动力学蒙特卡洛模拟（kMC）结合的方法,研究χ-Fe5C2（510）面H原子的生成过程、H原子加氢反应过程、CO活化反应过程和碳链增长反应过程。本论文首先构建χ-Fe5C2（510）模型,用于研究H2在该表面解离过程以及H原子在该表面发生加氢基元反应。DFT计算和kMC模拟显示,H2在该表面首先解离生成吸附在三重位的H原子,这部分H原子在加氢基元反应中呈现出惰性,并在表面上积累形成氢覆盖χ-Fe5C2（510）。H2在氢覆盖χ-Fe5C2（510）上解离生成吸附在桥位的H原子,这部分H原子具有较强的加氢基元反应活性,是该表面参与加氢基元反应的主要H原子。受氢覆盖现象的影响,通过氢覆盖χ-Fe5C2（510）模型研究所得反应机理与通过洁净χ-Fe5C2（510）模型研究所得机理存在偏差,该偏差即为氢覆盖效应。其次研究了氢覆盖效应影响下的CO活化反应机理。DFT计算显示受氢覆盖效应影响,一方面CO吸附位点从较容易发生C-O键解离反应的四重位点转移至较难发生C-O键解离反应的顶位,另一方面CO容易与桥位H发生加氢基元反应生成C1氧化物种。受这两方面因素的影响,氢覆盖χ-Fe5C2（510）上CO倾向于遵循CO插入解离机理完成活化过程而非文献报道的CO直接解离机理完成活化过程。在此基础上研究了作为CO活化过程中间物种的C2氧化物种发生加氢基元反应对CO活化途径的影响。DFT计算和kMC模拟显示,基于氢覆盖效应存在的桥位H可将易偶联形成的C2氧化物种转化为易发生C-O键解离反应的C2氧化物中,使得基于CO插入解离机理的CO活化过程中呈现出HxCHCO（x=0-2）活化途径和H3CCO活化途径两条CO活化途径。HxCHCO（x=0-2）活化途径中通过C-C偶联反应生成的HCCO物种或H2CCO物种,借助C2氧化物的转化过程转为CHCO物种、HCHCO物种和H2CHCO物种以发生C-O键解离反应完成CO活化途径。H3CCO活化途径中通过C-C偶联反应生成的H2CCO物种或H3CCO物种,借助C2氧化物的转化过程转为H3CCO物种以发生C-O键解离反应完成CO活化途径。通过以上两种反应途径活化反应物CO的反应分别占CO活化反应总数的25.1%和75.1%。最后采用DFT手段研究了C2烃类物种作为CO活化产物发生加氢基元反应、链解离反应和链增长反应的可能性。并采用kMC方法模拟了氢覆盖χ-Fe5C2（510）费-托合成反应机理。kMC模拟结果表明,该表面上乙烯的生成过程依赖于以HxCHCO（x=0-2）活化途径所生成的C2烃类物种,而以H3CCO活化途径生成的H3CC物种无法通过加氢基元反应生成乙烯。由于HxCHCO（x=0-2）活化途径的反应速率较快,以上途径活化CO后所释放的活性位将逐渐被反应较慢的H3CCO物种占据导致快速占位慢速活化现象。该现象的存在使得H3CCO活化途径成为氢覆盖χ-Fe5C2（510）上CO活化主要反应途径,最终导致kMC模拟氢覆盖χ-Fe5C2（510）上费-托合成反应产物的乙烯生成较为困难,C3+氧化物、甲烷、甲醇、乙烷和乙烯生成过程的反应频数分别占总产物生成过程反应频数的55.6%、32.4%、5.5%、5.4%和1.1%。