光催化CO₂与水合成甲醇是一项重要的人工模拟光合作用研究。它是解决人类目前面临的环境问题及即将面临的能源问题的重要途径。寻找稳定、高效、能利用太阳光的光催化材料是目前该研究的核心课题，也是当前研究的难点与热点。催化剂必须至少具备以下两个功能：（1）可将太阳光能转化为化学能，（2）能提供CO₂生成CH₃OH的催化活性中心。在对甲醇合成工业中铜基催化剂研究发现：生成CH₃OH的真正碳源并不是CO而是CO₂；铜基催化剂中的Cu⁺离子是催化活性位。1998年报道了Cu₂O具有可见光催化分解水的性能。Cu₂O作为具有表面Cu⁺离子的可见光响应光催化材料，是目标反应潜在可用的最佳选择之一。本文从第一性原理出发，用量子化学密度泛函理论（DFT）方法，从理论上对CO₂在Cu₂O表面的吸附情况进行研究，考查吸附状态和活化程度等具体细节，以便能从理论上为实验提供一些信息，为实验现象的解释提供一些理论依据。在计算中我们采用了嵌入点电荷簇模型模拟固体催化剂Cu₂O（111）表面，采用了电荷自洽手段比较准确模拟Madlung势，并应用TIMP封闭措施减少点电荷带来的人为的物理极化作用。本论文的主要研究结果为：1．构建的嵌入簇模型能隙为2.22 eV，与固体能隙（2.4±0.3 eV）非常吻合。2．考察了垂直、平行、单配位、双配位、一位吸附和二位吸附等各种可能的CO₂吸附方式，计算结果得到Cu位垂直吸附，O位齿式吸附，以及Cu，O—二位二配位吸附三种化学吸附态。3．采用DFT／B3LYP方法对吸附构型进行优化，得到了吸附后的键长、键角等构型参数；计算了各种稳定吸附形式的吸附能，并对较弱的吸附进行了BSSE校正。三种化学吸附态的吸附能分别为：86.13，165.33，和224.86 kJ／mol。4．稳定吸附模式的电荷布居分析表明：齿式与二位二配位吸附位的CO₂分别从Cu₂O催化剂上得到0.63和0.58个单位负电荷，它们是还原最为有利的两种吸附模式。