水分子在高岭石中插层行为的量子化学研究

采用密度泛函理论B3LYP方法,在B3LYP/6-31G(d)理论水平上,构建高岭石的层间团簇模型Si6Al6O42H42(层间距为0.844 0和1.000 0nm),并对高岭石层间及其与n(n=1～3)个水分子相互作用的团簇的各种性质进行研究,如优化的几何构型、电子密度、氢键、能量、NBO电荷分布、振动频率等.结果表明,随着水分子个数n(n=1～3)的增加,体系的能量逐渐降低.水分子通过多种类型的氢键插层于高岭石层间,其中水分子间的氢键强度最强,其次是水分子与铝氧层之间形成的氢键,再次是水分子与硅氧层之间的氢键;层间距随着插层分子的增多而增大,但高岭石层间的活性位点依然存在,且位置较插层前没有明显变化.     

苯分子与Si6O18H12和Al6O24H30团簇模型相互作用的理论研究

粘土矿已经被广泛用来去除有机物,修复和净化被石油碳氢化合物污染的土壤和地下水. 我们选择高岭石作为研究对象,构造了Si₆O₁₈H₁₂和Al₆O₂₄H₃₀两个团簇模型分别代表高岭石的硅氧层表面和铝氧层表面,在MP2/6-31G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)的理论水平上系统地研究了气态下苯分子和高岭石团簇模型的相互作用. 并进一步分析了苯分子和高岭石表面相互作用的各种气态性质,比如：优化的几何构型、结构参数、吸附能、自然键轨道电荷分布、振动频率变化、静电势、电子密度性质(次级氢键的电子密度和拉普拉斯算符值)和电子密度差分等. 优化的几何构型表明苯分子吸附在高岭石表面的本质可能是次级氢键的形成. 其他性质的结果进一步验证了次级氢键的存在,并指出苯更倾向于吸附在高岭石的铝氧层表面,且苯环和铝氧层表面形成近似90°的夹角.     

水合肼在高岭石层间插层行为的量子化学研究

水合肼以其碱性及吸附性受到越来越多的关注,同时它在粘土中的污染问题也越来越受到重视.本工作构建了高岭石团簇模型为Al6Si6O42H42并在B3LYP/6-31G(d,p),MP2/6-31G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)和MP2/6-31++G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)水平下对一水合肼以及二水合肼在高岭石层间的插层性质(如:优化构型、结构参数、结合能、电荷分布、振动光谱、静电势等)进行探究.计算表明,当一水合肼进入层间后,水分子和肼分子之间的相互作用发生了改变.即水与肼分子分别以氢键的形式插层于高岭石层间,且肼与高岭石之间的相互作用要强于肼与水之间的相互作用,同时插层位点多位于高岭石四面体层和八面体层的重叠区域内,这些都是水合肼易进入高岭石层间而难以脱去的重要因素.当二水合肼进入层间后,随着层间距的不断扩大,肼分子与高岭石铝氧层之间的相互作用仍强于肼分子与水分子间的作用.但当层间距超过1.05 nm时,水分子与肼分子之间的作用则强于肼分子与高岭石的作用,这也印证了若要将肼脱附,需将层间距增大以减弱肼分子与高岭石的作用,再用溶剂将其脱附的可行性.     

苯分子与Si_6O_18H_12和Al_6O_24H_30团簇模型相互作用的理论研究(英文)

粘土矿已经被广泛用来去除有机物,修复和净化被石油碳氢化合物污染的土壤和地下水.我们选择高岭石作为研究对象,构造了Si6O18H12和Al6O24H30两个团簇模型分别代表高岭石的硅氧层表面和铝氧层表面,在MP2/6-31G(d,p)//B3LYP/6-31G(d,p)的理论水平上系统地研究了气态下苯分子和高岭石团簇模型的相互作用.并进一步分析了苯分子和高岭石表面相互作用的各种气态性质,比如:优化的几何构型、结构参数、吸附能、自然键轨道电荷分布、振动频率变化、静电势、电子密度性质(次级氢键的电子密度和拉普拉斯算符值)和电子密度差分等.优化的几何构型表明苯分子吸附在高岭石表面的本质可能是次级氢键的形成.其他性质的结果进一步验证了次级氢键的存在,并指出苯更倾向于吸附在高岭石的铝氧层表面,且苯环和铝氧层表面形成近似90°的夹角.