团簇异构体的数目随着原子数目的增多会快速增多，研究团簇性质的基础是先要确定团簇的稳定结构。通过全局优化得到Al₁₃Cu团簇的两个低能异构体的几何结构如 图1 所示，两个异构体都是一个原子位于中心的笼状结构。Al₁₃Cu-1结构是一个Al原子为顶点的六棱锥和一个Al原子为顶点的五棱锥构成的Al原子居中的笼状结构。Al₁₃Cu-2与Al₁₃Cu-1的几何构型类似，Al₁₃Cu-2中Cu位于笼状结构的中心，团簇结构发生了较大的扭曲，能量比异构体Al₁₃Cu-1的能量略高。

研究了氢分子在两个低能异构体上的物理吸附。设计了H₂分子在Al₁₃Cu团簇上的不同吸附位的多个吸附结构，初始结构中氢分子以不同的取向吸附在团簇的不等价的顶位、桥位和面位。对所有初始结构进行全局优化，优化结果如 图2 所示。从 图2 可以看出，不同的初始结构优化后氢分子均以平行或垂直的取向吸附在原子的顶位。Al₁₃Cu-1-1到Al₁₃Cu-1-7是H₂在最低能量结构Al₁₃Cu-1上的分子吸附结构，Al₁₃Cu-1-1中H₂分子平行吸附于Cu原子上，Al₁₃Cu-1-2和Al₁₃Cu-1-7中氢分子垂直吸附于Cu原子上。Al₁₃Cu-1-3、4、5、6中H₂分子垂直吸附于不同的Al原子上。Al₁₃Cu-2-1是H₂分子在次稳定结构Al₁₃Cu-2结构上的分子吸附结构，优化结果显示该结构对氢分子的吸附较弱，很难形成稳定的吸附结构，设计的多个吸附结构优化后仅得一个稳定的吸附结构，该吸附结构中H₂分子以平行吸附于Al原子的顶位。

表1 列出了 图2 中稳定吸附结构中氢分子与团簇之间的距离在以及氢分子的吸附位。从表中可以看出，氢分在Cu原子顶位吸附的三个结构中，氢分子到团簇的距离较近，其中吸附结构Al₁₃Cu-1-1中氢分子到团簇之间的距离最近，为2.044 Å，氢分子以平行的取向吸附在Cu原子的顶位。氢分子在Al原子顶位吸附时，到团簇之间的距离较远，其中Al₁₃Cu-2结构是Cu原子居中的笼状结构，氢分子在该结构上吸附时，稳定的吸附结构中H₂分子到团簇之间的距离最大，为4.089 Å。

氢分子与团簇之间结合的强弱可用吸附能衡量，吸附能的定义为吸附体系的能量与团簇的能量和自由氢分子的能量之差，可用下式表示：

$E_b=E\left({\text{H}}_{\text{2}}{\text{@Al}}_{\text{13}}\text{Cu}\right)-E\left({\text{Al}}_{\text{13}}\text{Cu}\right)-E\left({\text{H}}_{\text{2}}\right)$

式中E (H₂@Al₁₃Cu)、E (Al₁₃Cu)和E(H₂)分别为吸附体系、Al₁₃Cu和H₂的基态能量。计算得到的稳定吸附结构的吸附能也在 表1 中给出。氢分子距离团簇最近时和团簇之间的相互作用最强，稳定结构Al₁₃Cu-1-1中氢分子在Cu原子上的吸附强度为−0.029 eV，氢分子在Cu原子顶位吸附的结构Al₁₃Cu-1-2和Al₁₃Cu-1-7的吸附能均为−0.010 eV，氢分子在Al原子顶位的吸附较小，吸附能均小于−0.010 eV。Cu原子掺杂Al团簇后，氢分子能与Cu原子之间形成较强的轨道重叠，在Cu原子上的吸附大于在Al原子上的吸附。