随着社会的发展,中国目前的能源储备和供应体系与其自身消费情况存在冲突,为了缓解此冲突,必须对能源系统进行整体转变,尽量减少对化石能源的依赖。乙醇因其高辛烷值、弱腐蚀性及极低毒性等被认为是绿色环保能源,日益受到人们的广泛关注。合成气转化成乙醇由于具有原料廉价且来源广泛的优势成为一种有效、可持续地缓解能源问题的途径。该反应过程由于保留了其氧和C―O键,能很好地体现合成气转化的高效性,其中开发适宜的催化剂是这一高效转化过程的关键。本课题组近期实验研究发现,介孔碳负载铜基催化剂对合成气制乙醇表现出优异的催化性能,但对碳组分与铜基催化剂间相互作用是否对乙醇形成有促进作用,尚不明确。因此,本文采用密度泛函理论（DFT）计算方法,选择了三种Cu-石墨烯催化剂为研究对象,分别为Cu₁/石墨烯、石墨烯/Cu（111）和C₁₃/Cu（111）,对这三种催化剂上合成气转化的反应机理进行了研究,得出以下主要结论:（1）在Cu₁/石墨烯催化剂上,合成气首先经CO加氢形成关键中间体CHO,对其连续加氢获得CH₂OH。然后通过CH₂OH直接解离或H辅助解离生成关键中间体CH₂或CH₃。再将CHO插入CH₃中形成CH₃CHO,最后通过CH₃CHO连续加氢合成目标产物C₂H₅OH。在合成气的转化过程中,一方面,CH₂自偶合和CH₂加氢形成CH₃是竞争性反应,C₂H₄是可能的竞争性产物;另一方面,CHO插入CH₃和CH₃加氢也具有竞争性,因此CH₄成为另一种可能的产物。在整个转化过程中,由于Cu和C组分的共存,Cu₁/石墨烯对关键中间体CH₃的形成和碳链的增长具有良好的催化活性。（2）在石墨烯/Cu（111）催化剂表面CO活化与Cu₁/石墨烯上类似,都是H辅助CO生成CHO,需克服1.03 e V的能垒。CHO连续加氢生成CH₃O,CH₃O加氢解离得到CH₃物种。随后CHO插入CH₃生成CH₃CHO,该过程需克服0.92 e V的反应能垒。最后CH₃CHO经连续加氢获得C₂H₅OH。其中,CHO物种的生成是整个过程的决速步骤。此外,CHO自偶合形成OHCCHO与CHO加氢形成CH₂O是竞争性反应,相应的活化能垒分别为0.13和0.37e V。由于OHCCHO经连续加氢可生成HOH₂CCH₂OH,CH₂O加氢最终生成乙醇的关键物种CH₃,而CH₃加氢仅需克服0.59 e V的能垒即可生成CH₄。因此HOH₂CCH₂OH和CH₄是石墨烯/Cu（111）催化剂表面合成气制乙醇的主要竞争性产物。（3）在C₁₃/Cu（111）催化剂表面,相对于COH和CHO的生成,CO直接解离成C和O较为容易,但仍需高达1.89 e V的活化能,可见该表面CO活化困难。考虑合成气与甲醇共制乙醇过程发现关键物种CH₃可由CH₃OH直接解离形成。碳链的增长经CO插入CH₃生成CH₂CO和H来完成,活化能为1.05 e V。然而CH₂CO后续加氢生成C₂H₅OH非常不利,因此C₁₃/Cu（111）催化剂表面对合成气制乙醇反应并未表现出催化活性。