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化学链燃烧(CLC)创新性地通过一个两步反应实现了CO2的内分离，是一种极具前景的CCS技术。作为一种重要的氧载体，氧化铜能够在适宜于化石燃料燃烧的温度区间(800-1000℃)内循环地吸收和释放气态氧，因此被广泛应用于各种化学链过程，特别是化学链氧解耦(CLOU)过程。在微观层面上理解CuO载体的氧化还原过程及组分间的相互作用对于研究化学链循环中相关的本征动力学机理高性能铜基氧载体的主动设计和优化都至关重要。 本文通过密度泛函理论(DFT)计算，首先细致地研究了CuO的两种还原态产物，Cu2O与Cu在原子尺度上的氧化机理。当Cu2O和Cu发生氧化时，在气固界面发生的表面吸氧反应是大量放热的，而且能垒较小，Cu的表面吸氧过程优先生成CuO，而非直接生成Cu2O。相比于表面反应，离子在已氧化区域的扩散过程需要额外地消耗热量，而且两种物质的扩散过程都具有较大能垒，因此成为了整个氧化过程的速率限制步骤。在扩散途径上，阴离子的内扩散在动力学上是较难发生的，主导的扩散机制是阳离子的外扩散。 然后对两种负载与Cu2O的相互作用进行了DFT计算，通过优化界面结构，得知Cu2O与CuAl2O4的结合强度很高，能提升循环过程中的抗破碎强度，抑制晶粒间的聚集；与ZrO2的结合能虽然高于Cu2O自身的表面能，但由于晶格扩大，Cu2O与ZrO2成键较为稀疏，Cu2O的晶粒在ZrO2表面仍可能发生滑移和团聚。负载通过改变Cu2O晶格结构和电子分布来影响载体的氧化性能，CuAl2O4为负载时，对反应性能起影响的主导因素是电荷的重新分布，使得Cu2O/CuAl2O4对氧分子的吸附能力降低，Cu2O/CuAl2O4中的离子扩散变得困难，而ZrO2对Cu2O的结构产生了较大的影响，增大了原子的“流动性”，强化了表面对氧分子的吸附，便利了Cu2O中的离子扩散过程。 最后，通过DFT方法对三类气体分子与CuO的作用机理进行了初步探究。计算结果表明燃料分子与CuO的反应性很强，在动力学上具有优势；硫、氮分子与载体的反应性不及燃料分子，存在明显的反应能垒和反应吸热量，但由于S、N原子与表面金属原子的结合性更高，在与C原子的竞争上占据主动，因此会对CO等含碳分子的吸附产生影响。