为了阐明甲烷在Ni基催化剂上的脱氢机理,以及探究Fe掺杂抑制碳在催化剂表面沉积的微观机理,本文利用密度泛函理论和周期性边界模型分别研究了甲烷及其解离物种在Ni3Fe双金属催化剂上的吸附情况,并通过寻找甲烷分步解离反应的各个过渡态,得出各步基元反应的反应能垒和速率常数,初步揭示了Ni3Fe双金属催化剂上甲烷脱氢反应的机理和Fe掺杂对Ni基催化剂催化活性的影响,此外还通过O的预吸附模型和甲烷干重整实验来探究Fe的掺杂对于Ni催化剂抗积碳性能的影响。通过对比吸附能,得到了甲烷及其解离物种单独吸附和共吸附在Ni（111）、Fe（111）和Ni3Fe（111）表面上的最稳定构型。动力学模拟表明,在上述三个表面上,CH解离为C和H是速率控制步骤,CH解离的反应能垒大小次序为Ni（111）>Ni3Fe（111）>Fe（111）;热力学分析显示,甲烷在Ni（111）和Ni3Fe（111）上解离过程中放热反应都是CH2的解离,但相比于Ni（111）面,CH2解离在Ni3Fe（111）上的放热更多。基于动力学和热力学计算结果,甲烷解离反应更倾向于在Ni3Fe（111）表面发生。通过搭建O预吸附表面模型,探究O物种对于金属表面CH和C的影响。与O-Ni（111）相比,CH在O-Ni3Fe（111）上更倾向于与O结合转化为CHO,然后再解离成CO与H,而不是直接解离成C与H;而C在O-Ni3Fe（111）面上更容易与O结合形成CO。因此,在Ni3Fe（111）上C物种的形成和积累都得以减少;甲烷在Ni3Fe催化剂上的干重整实验结果表明Ni3Fe催化剂不仅使得甲烷转化率提高,且催化剂自身的积碳也得到减少。理论计算和实验结果均表明Fe的掺杂不仅可以提高Ni催化剂催化甲烷解离反应的催化活性,还可以提高Ni催化剂在甲烷干重整反应中的抗积碳能力。