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催化氢转移反应(CTH; H-供体+受体→供体+H-受体)是无氧条件下氧化醇类的极佳的选择，在CTH反应中可以避免使用有毒或危险的氧化物。醇脱氢生成酮或醛的反应还可以作为重要的氢源去还原有机物。而在传统的加氢反应中，常常需要高压氢气作为加氢反应的氢源。此外，CTH反应还具有较高的能量利用效率和氢利用效率以及改进的脱氢反应平衡等诸多优点。在原子水平上了解催化剂及反应机理，可为催化剂设计提供理论依据。
本文采用密度泛函理论(DFT)计算的方法，研究了γ-Al2O3负载的氢转移反应催化剂及相关反应机理，重点研究了与氢转移反应相关催化剂的金属-载体间的相互作用。DFT方法计算异丙醇在洁净的和水覆盖的γ-Al2O3(100)和(110)面吸附的结果表明：异丙醇在(100)和(110)面有多种吸附位和吸附构型，异丙醇通过其羟基与γ-Al2O3表面作用，醇羟基的氢原子靠近γ-Al2O3表面的氧原子。异丙醇在γ-Al2O3表面的吸附能与表面铝原子的路易斯酸性强弱有关。此外，水比异丙醇在γ-Al2O3表面的吸附能大。单个铜和钯原子与洁净的和水覆盖的γ-Al2O3表面的相互作用的计算结果表明，铜和钯原子与(110)面的作用比与(100)面的作用强。铜和钯在γ-Al2O3表面的吸附能与表面铝原子的路易斯酸性强弱有关，在γ-Al2O3表面，铜与表面的作用比钯与表面的作用弱。此外，在表面吸附的铜原子带正电荷，而钯原子带负电荷，并通过Bader电荷和电子态密度分析了这一现象的机理。在水覆盖的表面，铜和钯原子的吸附伴随着表面反应的发生：铜和钯原子都可以插入到表面羟基的O-H键；铜甚至可以还原羟基氢原子生成分子H2，但钯不可以。与在洁净面的吸附相比，这一表面反应氧化了铜和钯原子，并引起较强的金属-表面相互作用。拓展单个金属原子与γ-Al2O3的表面反应到Cun(n=1-5)和Aun(n=1-4)团簇与γ-Al2O3表面的相互作用发现：在洁净的γ-Al2O3表面，铜团簇与表面的相互作用较弱，铜团簇很容易聚合生成三维的结构。在水覆盖的表面，表面羟基的氢原子可以迁移到吸附的铜团簇上(氢溢流)，与没有氢溢流的吸附情况相比，氢溢流结构中的铜团簇被更深度的氧化了。这一氢溢流增强了铜团簇与表面的结合，并抑制了铜团簇在γ-Al2O3表面的聚合。此外，铜团簇的电离势和电子亲和能随原子个数奇偶改变的性质也影响铜团簇与表面羟基的反应。Aun(n=1-4)团簇在水覆盖的γ-Al2O3表面不能发生氢溢流反应，金团簇与洁净γ-Al2O3表面的作用比与水覆盖表面的作用强。由于金团簇性质随原子个数奇偶改变以及金与γ-Al2O3表面的相互作用较弱导致金在γ-Al2O3表面容易形成较大的偶数原子的团簇。电子态密度和电荷密度差分分析表明：由于金原子较大的电负性，Au/γ-Al2O3的电子结构与Cu/Al2O3和Pd/Al2O3的不同。利用自旋极化的DFT+U方法在研究含有铁助剂的γ-Al2O3表面结构和能量时发现：γ-Al2O3表面Al3+被Fe3+取代在热力学上是可行的，并且含有铁助剂的γ-Al2O3表面表现出金属性。表面Al3+可以完全被Fe3+取代并在γ-Al2O3表面形成单层的Fe2O3薄膜。水在含有铁助剂的γ-Al2O3表面吸附会引起表面结构重构。水在含有铁助剂的γ-Al2O3表面的吸附能和自由能变化计算表明含有铁助剂的催化剂表面比γ-Al2O3表面更容易脱水。