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汞是一种有毒的痕量元素,汞污染是一种全球性污染,对人类和环境有着严重威胁。燃煤锅炉是最大的人为汞排放源,吸附剂喷射技术是针对燃煤电厂最有效的汞污染控制技术,故吸附剂的开发对汞污染的治理至关重要。近年来,Cu S材料被证实具有优异的脱汞性能,不仅拥有高汞容和高脱汞速率,其脱汞性能还十分稳定,几乎不受烟气组分（如O2、H2O和SO2）影响。此外,Cu S基汞吸附剂的制备过程相对简单,成本相对低廉。研究者们报道了大量关于Cu S基汞吸附剂的研究成果,并将Cu S视为新一代有望实现商业化的汞吸附剂材料。实验研究证实Hg主要以Hg S的形式吸附在了Cu S基吸附剂上,而且在众多金属硫化物汞吸附剂中Cu S有着最优异的脱汞性能。虽然研究者们基于实验现象提出了一些Cu S材料的脱汞机理,但对Cu S基吸附剂的脱汞活性组分仍没有形成统一的认识。此外,Cu S材料能在众多金属硫化物中表现出最佳脱汞性能的原因也不清楚。密度泛函理论是一种成熟的计算化学方法,可以辅助实验研究更好地探索反应机理。本文利用密度泛函理论对Cu S材料的脱汞机理进行了系统研究,主要内容如下:首先,从表面吸附的角度出发,研究了Hg~0、Hg Cl和Hg Cl2在最稳定的两个Cu S（001）面（断裂Cu（2）-S（1）键形成的两个不对称的表面,记为slab1和slab2）上的吸附情况,也探索了Hg~0在含空位缺陷的Cu S（001）面的吸附行为。研究结果表明Hg~0在纯净的Cu S（001）面发生物理吸附,吸附能介于-26.0～-46.0 k J/mol之间。Hg Cl和Hg Cl2可以较强地吸附在Cu S（001）表面,在slab1上倾向于发生分子态吸附,在slab2上则会发生解离吸附。缺陷有助于Hg~0在Cu S表面的吸附,吸附能可增加至-65.1～-178.8 k J/mol,空位缺陷对Hg~0吸附的促进作用在slab1上体现得更为显著。总的来说汞物质（包括Hg~0、Hg Cl和Hg Cl2）在slab2上的吸附强于其在slab1上的吸附。其次,研究了烟气气氛（包括含氯物质HCl、Cl2及含氧物质O2、H2O和SO2）对Hg~0在Cu S（001）面吸附的影响。结果表明除HCl外所有气氛在slab2上的吸附均强于其在slab1上的吸附。HCl在Cu S（001）表面发生物理吸附,对Hg~0的吸附无明显影响。Cl2可以在两表面发生解离吸附生成Cl离子修饰的Cu S（001）表面,Hg~0在Cl修饰后的表面的吸附明显强于其在纯净Cu S（001）表面的吸附。在slab1上,Hg~0会与吸附态的Cl反应生成Hg Cl2,而在Cl修饰后的slab2上,Hg~0与表面之间的作用加强,由物理吸附转化为化学吸附。通过探讨含氧气氛在Cu S（001）纯净表面和slab1缺陷表面上的吸附行为,并结合实验研究报道的结果,认为Cu S吸附剂上的主要脱汞活性位是slab1表面的Cu空位缺陷。然后,我们发现含Cu空位缺陷的Cu S表面的驰豫可引发多硫化物的生成,且多硫化物的生成和空位缺陷的产生是相辅相成的。多硫化物很有可能存在于slab1表面,因为多硫化物在含Cu空位缺陷的slab1上生成是热力学和动力学上都有利的反应,多硫化物可以提高含Cu空位缺陷的slab1的稳定性。但是对slab2而言,只有当Cu缺陷密度足够高时,表面的S原子才会聚集生成多硫化物。多硫化物在Cu S表面（主要指slab1）的含量是动态变化的,当Cu缺陷产生时多硫化物便会在slab1表面出现,而当Hg靠近Cu S表面时多硫化物又会发生分解,使Hg牢固地吸附在Cu空位缺陷上。虽然多硫化物不会直接吸附Hg~0,但多硫化物可以通过增加汞吸附位的数量来促进Hg~0在Cu S材料表面的吸附。最后,我们用团簇模型来模拟Cu S纳米粒子,用活性炭负载（Cu S）n团簇来模拟负载Cu S的炭材料,研究了Cu S纳米材料的脱汞机理,探索了载体对Cu S纳米粒子脱汞活性的影响,揭示了Cu S拥有区别于其他金属硫化物的优异脱汞性能的根本原因。计算结果表明:（Cu S）n（n=1-10）团簇与Hg~0之间的相互作用属于化学吸附,吸附能在-57.4～-140.1 k J/mol之间。当Hg~0与（Cu S）n团簇作用时,Hg~0会与Cu成键,将其Cu核拓展为（Cu S）n+1团簇中的Cu核结构,然后再被外部的S离子进一步固定。此外,我们通过与其他的金属硫化物团簇的Hg~0吸附行为的比较,揭示了Cu S材料优异脱汞性能的原因:Cu S中混合价态的Cu和S(Cu1+/Cu2+和S1-/S2-)都能对Hg~0起到氧化作用。通过以上的计算研究,本论文初步解决了前面所提到的两个问题。Cu S基吸附剂上的脱汞活性位主要是slab1表面的Cu空位缺陷,Hg以-178.8 k J/mol的吸附能化学吸附在该活性位上,并形成了Hg-S键,与实验结果相符。Cu S表面的Cu缺陷会引发多硫化物的产生,且多硫化物和Cu缺陷的生成相辅相成,多硫化物是动态变化的,当Hg靠近Cu S表面时,多硫化物会分解并暴露出原始的Cu缺陷位,虽然多硫化物不直接吸附Hg~0,却可以通过增加汞吸附位的方式提高Cu S材料的脱汞性能。Cu S材料之所以拥有优于其他金属硫化物的脱汞性能是因为Cu S是Cu和S发生不完全氧化还原反应而成,使Cu S中的Cu和S对Hg~0都有一定的氧化能力。