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氟乙烯,是一种重要的含氟有机化合物,常用作致冷剂、气溶胶喷射剂及有机合成中间体,在各个领域中的应用受到越来越多的重视。氟乙烯可通过乙炔在A1F3催化剂上的氟化反应来合成。深入了解C2H2、HF在A1F3催化剂表面的吸附与反应机理是开发低温高效、高选择性的氟化催化剂的重要基础,而这方面的理论研究鲜有报道。本课题利用密度泛函理论(DFT),选择α-AlF3模型催化剂,系统研究了HF与C2H2在α-AlF3催化剂表面的吸附与反应行为,初步解释了HF与C2H2在α-AlF3-(0001)表面相互作用的电子机制；通过计算HF与C2H2共吸附行为,解释了C2H2在α-AlF3(0001)表面氟化为CH2CHF与CH3CHF2的反应机理,为开发低温高效氟化催化剂提供了理论参考。(1)利用DFT理论系统研究了HF在3F、2F、1F与Al终端,不同覆盖度下α-AlF3(0001)表面的吸附行为,分析了HF与不同终端表面相互作用的电子机制。结果表明：HF在Al终端的α-AlF3(0001)表面解离吸附形成Al-F与A1-H键。在1F及2F终端表面为化学吸附,形成FHF结构和A1-F键,活化了HF分子,能参加下一步的氟化反应；在3F终端表面为物理吸附。A1、1F、2F及3F终端表面配位不饱和数目分别为3、2、1与0配位。研究表明不同覆盖度下,2F终端表面吸附一个HF分子,使表面Al配位达到饱和,后续吸附的HF为物理吸附；而在1F与Al终端表面仍为化学吸附。因此,推测α-AIF3不同终端表面中Al原子配位不饱和数越高,其对HF吸附与活化能力越强,可能的催化氟化反应活性就越高。差分电荷密度(CDD)与电子态密度(DOS)分析表明,HF与2F、1F与Al终端的α-AlF3(0001)表面形成较强的电子相互作用；而与3F终端表面发生弱相互作用。(2)选取化学计量比与含F空位的α-AlF3(0001)3F终端表面模型,系统研究了C2H2在不同覆盖度下的吸附行为。计算结果表明：当乙炔吸附在3F终端的AlF3-p(1×1)超晶胞模型上,乙炔与氟化铝发生较强相互作用,形成桥式与远桥式两种吸附构型；当其吸附在AlF3-p(2×1)时,仅形成稳定的桥式构型；当AlF3-p(2×1)形成一个表面氟空位时,乙炔吸附后亦形成了与3F表面相似的桥式构型,但其吸附能较3F表面增加了1.20eV。差分电荷密度与电子态密度分析表明,C2H2与α-AlF3(0001)表面发生了较强的电子相互作用。(3)选择表面存在一个氟空位的AlF3-p(2×1)超晶胞模型,系统研究了HF与C2H2共吸附与反应行为。计算结果表明：C2H2分子首先吸附在α-AlF3(0001)表面形成稳定的桥式结构,接着由HF分子吸附在表面F空位上,H-F键被活化,形成表面活性氢物种；表面H物种加氢至吸附的C2H2分子上,形成新的C-H键；乙炔的C原子由sp杂化变为sp2杂化,形成C2H3---F中间体；该中间物种在表面脱附形成CH2CHF,同时A1F3表面生成新的F空位,使反应能够继续进行。CH2CHF进一步氟化的反应机理与第一步氟化机理类似。CH2CHF首先吸附在含氟空位的表面,然后与HF反应形成中间体CH3CHF---F,C原子由sp2杂化变为sp3杂化,该中间物种在表面脱附形成产物CH3CHF2,同时A1F3表面生成新的F空位。计算得到该反应能垒较高,说明反应的选择性高。这一研究说明,反应物HF分子与催化剂A1F3都为氟化反应做了贡献,HF分子为反应提供H原子,并源源不断地补给F原子,反应过程中F空位是反应发生的前提。研究初步提出了乙炔在A1F3表面氟化为CH2CHF与CH3CHF2的反应机理。