2.2 CH₄、H₂及CO₂的吸附行为

基于最优化的Cu-ZnO结构模型，研究CH₄、H₂和CO₂在其表面的吸附性能。三种气体分子围绕Cu掺杂中心进行吸附模拟，并定义吸附能(E_ad)以评估二者之间的吸附强度，计算公式如下：

图3展示了最优化的CH₄吸附结构，可以看出CH₄分子整体平行吸附于Cu原子顶端，吸附距离为1.922 Å，CH₄气体分子无明显形变。吸附过后，Cu的掺杂距离从原始的1.988 Å缩短至1.888 Å，ZnO基底有形变。这些结论表明了Cu与H原子间的较弱结合力以Cu-ZnO对CH₄的弱吸附作用。此外，该体系的E_ad计算结果为-0.148 eV，可判定该过程为物理吸附作用^[18]，同样佐证了这一结论；该体系的电荷转移量为0.092 e，从Cu-ZnO转移到CH₄分子上，这表明CH₄与Cu-ZnO反应过程中的得电子性能。从差分电荷密度中可以看出，Cu与H原子之间以及C原子周围有显著的电荷聚集行为，表明了该键形成过程中的电子杂化现象；而Cu与其下方O原子之间的电荷消散则表明了气体吸附使其结合力些许减弱，键长缩短。