工业催化生产过程中，过渡金属催化剂上的积碳现象常被发现。严重的积碳常常会造成催化剂性能的严重下降，甚至失活。然而，利用过渡金属催化剂上的积碳形成机制也可以应用于多种有价值的碳材料的制备。本文针对过渡金属催化剂上的积碳现象进行第一性原理密度泛函理论研究，从原子尺度上揭示过渡金属催化剂上的碳物种的形貌、稳定性及其生长机理，为实际工业催化过程中有害积碳的抑制、石墨烯生长制备的研究提供理论依据。　　本论文第一章简单总结了当前工业催化生产过程中存在的积碳现象以及石墨烯生长制备的背景研究进展，第二章概述了论文中所涉及的理论研究方法。第三章针对工业催化反应中典型受积碳严重影响的甲烷干重整反应，从热力学上研究了该反应中Ni金属催化剂上的碳物种的稳定性，发现在实验条件下导致催化剂失活的积碳物种是吸附的石墨烯层。在第四章和第五章的研究中，采用密度泛函理论计算(Density FunctionalTheory，DFT)以及在此基础上的动力学蒙特卡洛(Kinetic Monte Carlo，KMC)方法研究了铑(Rh)金属表面上碳物种的生长过程，发现了在石墨烯的成核阶段中包含三类主导碳物种生长基元反应的的石墨烯的生长机理，KMC模拟的结果不仅解释了文献中提出的石墨烯晶种7C6的成核过程，还观察到石墨烯外延生长过程中点缺陷和线缺陷的产生过程。