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乙醇作为一种应用前景广泛的清洁能源,可以通过合成气催化转化合成。Cu基催化剂由于价格低廉,一直是研究的热点,然而由于合成气合成乙醇反应的复杂性,目前Cu基催化剂上合成气合成乙醇的反应机理仍然不清楚。近年来,随着计算硬件和计算方法的不断发展,量子化学计算已广泛应用于过渡金属催化反应体系的研究。本文采用基于密度泛函理论(DFT)方法和周期性平板模型,研究了Cu催化剂上合成气合成乙醇的反应机理,主要考虑了合成气合成乙醇反应中的三个关键步骤：CHx的形成、乙醇前躯体C2氧化物的形成以及C2氧化物加氢形成乙醇,探讨了Cu催化剂不同晶面对合成乙醇反应的影响,获得了影响乙醇形成反应的关键因素,提出了Cu基催化剂上合成乙醇的必要条件,得到的主要结论如下：Cu催化剂(111)、(110)和(100)表面上CHx形成反应中,CO加氢反应较CO直接解离更容易,且CO加氢形成CHO在动力学和热力学上比形成COH反应有利。Cu(111)和Cu(110)表面上,CHx(1-3)的主要存在形式为CH2和CH3；Cu(100)表面上,CHx(1-3)的主要存在形式为CH3。Cu催化剂(111)、(110)和(100)表面上CO加氢形成CHx反应中,甲醇的形成机理为：(1)CHO+H→CH2O；(2)CH2O+H→CH3O；(3)CH3O+H→CH3OH；同时,Cu催化剂对甲醇的形成具有较高的选择性,CHx(x=1-3)形成不能与甲醇形成竞争。Cu催化剂(111)、(110)和(100)表面上乙醇前躯体C2氧化物形成反应中,Cu(111)表面上,乙醇前躯体C2氧化物主要经由CO插入CH2和CH3形成CH2CO和CH3CO,但是CH2耦合和加氢在动力学和热力学上优先于CO插入CH2形成CH2CO,CH3加氢在动力学和热力学上优先于CO插入CH3形成CH3Co；Cu(110)表面上,C2氧化物的C-C链主要是由CO插入CH2形成CH2CO；Cu(100)表面上,C2氧化物的C-C链主要是由CO和CHO插入CH3形成CH3CO和CH3CHO,但是,CH3加氢在动力学和热力学上优先于CO和CHO插入CH3形成CH3CO和CH3CHO。Cu(111)表面上,CH2CO和CH3CO为主要的C2氧化物,CH2CO加氢形成乙醇反应机理为：(1)CH2CO+H→CH2CHO；(2)CH2CHO+H→CH2CHOH；(3)CH2CHOH+H→CH3CHOH；(4)CH3CHOH+H→CH3CH20H. CH3C0加氢形成乙醇的反应机理为：(1)CH3CO+H→CH3CHO；(2) CH3CHO+H→CH3CH2O；(3)CH3CH2O+H→CH3CH2OH.Cu(110)表面上,CH2CO为主要的C2氧化物,CH2CO加氢形成乙醇有2种反应机理,一是：(1)CH2CO+H→CH2CHO；(2)CH2CHO+H→CH3CHO；(3)CH3CHO+H→CH3CH20；(4)CH3CH2O+H→CH3CH2OH,二是：(1)CH2CO+H→CH2CHO；(2)CH2CHO+H→CH2CHOH；(3)CH2CHOH+H→CH3CHOH；(4)CH3CHOH+H→CH3CH20H.Cu(100)表面上,CH3CO和CH3CHO是主要的C2氧化物,CH3CO加氢形成乙醇的反应机理为：(1)CH3CO+H→CH3CHO；(2)CH3CHO+H→CH3CH20；(3)CH3CH2O+H→CH3CH2OH.CH3CHO加氢形成乙醇的反应机理为：(1)CH3CHO+H→CH3CH20；(2)CH3CH2O+H→CH3CH2OH.Cu(111)表面上要合成乙醇,必须抑制甲醇、CH2耦合、CH3加氢和/或促进CHx(x=2,3)形成、CO插入CHx(x=2,3)形成C2氧化物；Cu(110)表面上要合成乙醇,必须抑制甲醇和/或促进CH2形成；Cu(100)表面上要合成乙醇,必须抑制甲醇、CH3加氢和/或促进CH3形成、CO和CHO插入CH3形成C2氧化物。