天然气、石油以及煤在自然界的储量极为丰富,其主要成分是含有惰性C-H键和C-C键的烷烃类化合物。至今为止,这些宝贵的化石资源仍主要局限于将其燃烧提供能源。这类化合物一直是化学工业的主要原料,但由于烷烃的稳定性,其转化与活化需要非常苛刻的条件,因此寻找高效的工业催化剂一直是研究的热点。近十几年来,实验化学家发现过渡金属离子对有机物小分子中的C-H键和C-C键具有独特的活化作用,使其成为实验和理论研究的热点之一本论文采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP和CCSDT方法,研究了过渡金属基态和激发态Pd+活化甲烷、乙烷和丙烷的微观反应机理。通过理论计算,我们得到了该体系的反应活性以及所有可能的反应通道,并将计算结果和实验值进行了比较。本文分为五章。第一章介绍了烷烃活化的意义和过渡金属有机化学,第二章概述了势能面、过渡态理论、密度泛函理论和自然价键轨道理论。第三章、第四章和第五章分别介绍了过渡金属Pd+活化甲烷、乙烷和丙烷的机理研究。通过对Pd+(2D,4F)活化甲烷、乙烷和丙烷的机理研究,找到了反应势能面上相关的过渡态和中间体,并得到了所对应的能量变化情况,得到如下主要结论：(1)活化反应均为吸热反应,所得到的主要产物为PdH+、PdCH2+、PdC2H4+和PdC3H4+。(2)Pd+活化C-H键和C-C键的机理为“插入-重排-消去”机理。(3)四重态激发态Pd+的反应活性比二重态基态高,未发现势能面交叉的情况。