生物质乙醇制乙烯是绿色可持续发展工艺路线。目前乙醇脱水制乙烯工业化装置上使用的催化剂主要是γ-Al₂O₃催化剂。从原子和分子水平上对该催化剂进行深入认识，可为设计开发在较低温度下使用的乙醇脱水制乙烯高选择性催化剂提供指导。本文采用分子模拟方法，对γ-Al₂O₃（100）表面结构及热稳定性进行了深入研究，探究了该表面对乙醇脱水制乙烯反应的催化性能，对该表面上乙醇脱水制乙烯过程各物种的吸附性能以及反应动力学进行了考察，并采用程序升温脱附和原位漫反射红外-质谱联用方法，对γ-Al₂O₃催化剂的酸碱中心和γ-Al₂O₃催化剂上乙醇脱水制乙烯的反应机理进行了研究。γ-Al₂O₃（100）表面的Al终止面的f构型最稳定。当温度达到1000K时，表面发生再构；该表面的乙醇脱水制乙烯反应活性中心为Al₂和O_2a；醇脱水反应要求催化剂具有中等偏弱酸强度；根据多位理论的几何适应规则，较低温度时乙醇分子内脱水生成乙烯最有可能按照E1机理进行；γ-Al₂O₃（100）表面羟基化后，反应活性中心数目减少，不利于物种在γ-Al₂O₃（100）表面上的吸附活化及发生反应。在温度为743K，压力为100¹500kPa时，乙醇、乙烯、乙醚和水单组分在γ-Al₂O₃（100）表面的吸附量由大到小依次为乙醚>乙醇>乙烯>水；各组分在γ-Al₂O₃（100）表面均为化学吸附，吸附热数值由大到小依次为乙烯>乙醇>水>乙醚；当以上物种形成共吸附时，乙醚的吸附热增大到246.9kJ/mol，成为吸附作用最强的物种，在原位继续发生反应，进而生成乙烯，是γ-Al₂O₃催化乙醇脱水生成乙烯具有高选择性的重要原因。在γ-Al₂O₃（100）表面上乙醇脱水制乙烯三个可能发生的反应按照反应能垒由大到小排列依次为乙醇脱β-氢生成碳负离子>乙醇直接脱水生成乙烯>乙醇脱羟基生成碳正离子。基于谐波过渡态理论（Harmonic Transition State Theory），由反应物和过渡态的振动频率和活化能计算出反应过程中每一步基元反应的反应速率常数，当温度低于500K时，反应速率常数由大到小依次为乙醇脱羟基生成碳正离子>乙醇直接脱水生成乙烯>乙醇脱β-氢生成碳负离子，当温度达到500K时，反应速率常数由大到小依次为乙醇脱β-氢生成碳负离子>乙醇直接脱水生成乙烯>乙醇脱羟基生成碳正离子。程序升温脱附和原位红外漫反射实验结果表明，真实的γ-Al₂O₃表面上存在不同强度的酸中心及碱中心，并存在少量B酸中心，说明真实的γ-Al₂O₃表面存在羟基化现象。原位漫反射红外-质谱联用研究结果表明，随温度的升高，乙烯的生成量增加，乙醚的生成量减少。乙醇脉冲进料实验发现，在停止乙醇进料一段时间后，体系中检测到乙炔，表明乙烯在γ-Al₂O₃催化剂上会被活化、继续反应生成乙炔，乙炔的多聚是造成催化剂表面积炭的可能原因。