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作为实现煤炭和天然气资源高效、洁净利用的有效途径，费托(F-T)合成反应越来越受到人们的重视。铁基催化剂因其优良的催化性能和低廉的价格被广泛应用于F-T合成中。由于催化剂活性中心的复杂性及实验表征手段的局限性，仅仅采用现有的实验手段难以达到对催化剂表面化学性质及反应机理的详细认识。因此利用量子化学方法结合实验表征信息对各种可能活性相做细致、深入的研究，对于全面理解F-T合成反应，提高和改进催化剂的性能起着重要的基础性作用。
本论文采用密度泛函理论方法系统地研究了活性相Fe4C的体相与表面结构以及CO在Fe4C(100)、(110)和(111)面上不同覆盖度下的吸附行为。结构决定性质，我们首先从研究Fe4C晶体及表面结构入手。研究结果表明：由碳原子填隙γ-Fe的八面体空隙形成的Fe4C/oct比填隙四面体空隙形成的Fe4C/tet晶体稳定。在Fe4C/oct晶体中，最稳定的终结面是(100)含有表面碳原子和铁原子的TFe/C终结面。在Fe4C/tet晶体中，经过较大重构而形成的铁、碳原子共存的(110)TFe/C终结面具有最大的稳定性；当碳原子处于次表层四面体空隙时，优化之后，碳原子有向表层或次表层八面体空隙移动的趋势。
通过考察CO在Fe4C(100)、(110)和(111)面上不同覆盖度下的吸附行为，得到如下结论：CO优先吸附在铁原子周围。在(100)面，1/4和1/2 ML覆盖度下，最稳定的吸附位分别为4-配位(4个Fe原子)和铁原子顶位。在(110)面，1/4和1/2 ML覆盖度下，最稳定吸附构型均为铁原子顶位吸附。值得注意的是，在4-配位吸附构型中形成了表面物种亚乙烯酮基(C=C=O)，这可能是CO解离的前驱体。与(100)和(110)面不同，(111)面表层仅含铁原子，在1/4和1/2 ML覆盖度下，CO均优先吸附在3-配位。依据吸附能数据，CO在Fe4C各表面的吸附强度次序为：(111)>(110)>(100)，而表面稳定性次序为(100)>(110)>(111)。这与稳定性和反应性的关系相一致。
此外，在各表面上吸附的CO分子均带有部分负电荷，且C-O键被拉长。这归因于电子从表面到吸附态CO分子的转移，转移的电荷越多，CO的活化程度越大。因此，我们可以通过改变表面的给电子能力来调控CO的活化程度。这些计算结果将为进一步研究F-T反应机理和动力学模拟提供基础数据。