乙烯和丙烯在化学工业中占据重要地位。乙烯主要应用于生产聚乙烯、乙苯、环氧乙烷、二氯乙烷、齐聚物等,作为石化工业中重要的基础化工原料,乙烯的生产趋势决定化工行业的发展。丙烯下游产品如聚丙烯、环氧丙烷和丙烯酸等需求量也一直呈上升趋势。随着生物发酵和生物化工技术的快速进步,由生物质（尤其是木质纤维素等）生产乙醇技术已经取得重要突破,由生物乙醇制备低碳烯烃被认为是可将有机化工与生物化工有机结合从而增产丙烯的重要途径。为了推动乙醇制备低碳烯烃（ETO）技术的工业应用,本文探究了锆基复合金属氧化物催化剂的合成及其在催化乙醇制备低碳烯烃反应中的应用,并通过分子模拟的方法探究不同金属掺杂的氧化锆催化剂的氧缺陷形成能来预测其催化乙醇转化反应的性能。本文首先通过两种催化剂制备方法（即沉淀法和焙烧法）合成氧化锆催化剂。在沉淀法中采用三种不同沉淀剂NH₃?H₂O、乙二胺和NaOH,两种锆源ZrO（NO₃）₂?2H₂O或ZrOCl₂?8H₂O制备氧化锆催化剂,并在不同焙烧温度823、873、923和973 K下合成氧化锆。在直接焙烧法中,采用两种锆源ZrO（NO₃）₂?2H₂O或ZrOCl₂?8H₂O,分别在上述四个温度（823、873、923和973 K）下直接焙烧制备氧化锆催化剂。通过BET、XRD、NH₃-TPD和CO₂-TPD方法表征催化剂,两种方法合成的氧化锆均主要以单斜相存在,且氧化锆催化剂同时存在酸性位和碱性位,随着焙烧温度的增加,催化剂的比表面积与孔体积都呈现下降趋势,而孔径随焙烧温度增加而增加。在催化性能测试中,氧化锆催化剂展现出较好的催化转化性能,其乙烯收率可达33.0%,丙烯可达40.2%,且催化稳定性良好。其次通过对氧化锆催化剂进行金属掺杂（锶和铋）来提高催化剂催化效果。采用共沉淀方法合成掺杂锶和铋的锆基复合金属氧化物,催化剂表征和催化性能测试发现Bi和Sr改性的氧化锆其比表面积大大提高（由49.7m²/g增大到70.4和71.8m²/g）,XRD谱图分析氧化锆的单斜相经金属掺杂转化为四方相氧化锆。其中Sr（1）/ZrO₂催化剂上乙烯和丙烯收率最高,可达80.8%,复合金属氧化锆催化剂展现出比纯氧化锆和分子筛催化剂更高的低碳烯烃选择性,在ETO反应中催化剂稳定性顺序为:Sr（1）/ZrO₂>Bi（1）/ZrO₂>ZrO₂>H-ZSM-5（80）。最后考察了氧空位对催化剂催化性能的影响。通过运用第一性原理软件包DMol3模拟了纯氧化锆以及Sr和Bi掺杂的氧化锆催化剂的氧缺陷形成能。根据文献及实验部分结果,采用四方相氧化锆（101）表面模型模拟氧化锆及其复合金属氧化物的氧缺陷形成能（E_f）。模拟结果显示,经过Sr掺杂的氧化锆氧缺陷形成能低于纯氧化锆及Bi掺杂的氧化锆。通过计算不同氧缺陷位的Sr/ZrO₂催化剂的缺陷能得出E_f顺序为Osurf12的差分电荷密度图和相关键长变化分析出氧空位成为活性位的原理:氧空位周围Zr原子积累的电荷增多,这表明失去的O原子的未成对电子转移到了Zr原子上,这就表明O空位的作用在于作为电子供体进而形成活性位。