铜镁铝三元水滑石的姜-泰勒效应

采用密度泛函理论(DFT),用CASTEP程序模块,对类水滑石(CuxMg3-xAl-LDHs,x=0-3)周期性模型进行几何全优化,通过分析各体系的结构参数、电子排布、氢键、Mulliken电荷布居、结合能,总结出体系中的姜-泰勒效应和结构稳定性规律.结果表明,姜-泰勒效应不仅存在于d轨道未排满的Cu2+中,在p轨道未排满的Mg2+中也可能存在,且未饱和的d、p轨道共同影响着金属离子姜-泰勒畸变的大小.在CuxMg3-xAl-LDHs(x=0-3)中,铝八面体和镁八面体分别以稳定的拉长的八面体形式存在.而随着Cu2+的增加,铜八面体逐渐从压扁的八面体向稳定的拉长的八面体形式转变,体系获得了逐渐增多的姜-泰勒稳定化能.总体上,随着Cu2+的增加,体系中姜-泰勒效应导致的畸变使主客体间的氢键和静电作用力均有减弱趋势,且体系的结合能绝对值逐渐减小,故体系稳定性下降.这有助于从理论上进一步认识含铜水滑石的姜-泰勒效应.     

铜锌镁铝四元水滑石的微观结构及其姜-泰勒畸变

采用密度泛函理论(DFT),选取CASTEP程序模块,对铜锌镁铝四元水滑石[(M)-IV-LDHs(M=Cu,Zn,Mg,Al)]周期性模型进行几何全优化,从各体系的结构参数、电子排布、Mulliken电荷布居、结合能、氢键等方面,研究了体系中的姜-泰勒效应、氯离子位置对层板畸变及体系稳定性的影响.优化结果表明,姜-泰勒效应不仅存在于d轨道未排满的Cu2+中,也存在于理论上d轨道排满的Zn2+与p轨道未排满的Mg2+中.氯离子排在金属上方的体系,其金属畸变程度大于氯离子排在非金属上方的体系.同时,对于本文选取的8个CuAl-IV-LDHs体系,结合能绝对值按照1-8号逐渐降低,体系的稳定性下降,最终转变为不稳定的压扁的八面体构型.这有助于从理论上对含铜四元水滑石的姜-泰勒效应进一步认识.     

二价金属离子对含铜水滑石结构稳定性的影响

通过构建不同的二价金属离子(M²⁺=Mg²⁺, Ca²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Ni²⁺, Co²⁺)部分取代铜离子形成CuM₂Al 水滑石(CuM₂Al-LDHs)的周期性模型, 基于密度泛函理论(DFT), 用CASTEP程序模块对周期性模型进行几何全优化和性质计算, 通过分析各体系的结构参数、电子排布、Mulliken 电荷布居、氢键、结合能, 总结出含铜水滑石体系结构的稳定性规律. 计算结果表明: 在CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间作用力对层板厚度的影响占主要因素; M离子对中心三价铝离子的影响较小, 对二价铜离子的影响较大, 其中价电子均匀排布的M离子对铜的畸变影响小于价电子不均匀排布的M离子. 另外在价电子均匀排布的CuM₂Al-LDHs 体系中, 主客体间的静电作用力和氢键强度逐渐增强. 总体上, 随着M离子周期数的增加, 体系的畸变角增大, 结合能绝对值逐渐减小, 体系的稳定性下降. 价电子不均匀排布的CuCo₂Al-LDHs 体系的稳定性最差. 这有助于从理论上更好地认识含铜水滑石的合成规律.     

镁锡水滑石中的超分子作用

通过构建镁锡水滑石(Mg3Sn-LDHs-yH2O)周期性计算模型,基于密度泛函理论,用CASTEP程序模块,进行模型的几何全优化.对各体系的结构参数、Mulliken电荷布居、态密度(DOS)、逐级水合能等进行分析,探究客体CO320-和H2O的分布形态及其与主体层板的超分子作用.结果表明,[Mg6Sn2(OH)16]4+层间插入客体阴离子CO320-和水分子后,主客体间存在着较强的超分子作用力,主要包括静电和氢键作用,且氢键作用在水合过程中起主导作用,总体上层板-水(L-W)型/层板-阴离子(L-A)型氢键强度要强于阴离子-水(A-W)型/水-水(W-W)型氢键.随着层间水分子的增多,层间距先增大后又稍降低.当y=0、1时,客体所在的平面与主体层板平行,且与两层板的距离基本相等;当y=2、3时,客体以偏向某一层板的形式存在.与层间H2O相比,层间阴离子CO230-对体系态密度的影响更显著,层板与CO320-的总体作用力大于与H2O的总体作用力.随着水分子数的增加,Mg3Sn-LDHs-yH2O体系的逐级水合能绝对值逐渐降低,说明Mg3Sn-LDHs的水合程度不会无限增加,而是具有饱和量.     

镍镁铝类水滑石的超分子结构、电子性质及稳定性

以Ni²⁺同晶取代Mg²⁺的方式构建镍镁铝类水滑石(HT)的周期性计算模型, 通过进行密度泛函理论计算,研究了含镍水滑石的的超分子结构、电子性质及稳定性. 结果表明, 随着镍离子逐渐取代镁离子, 金属离子之间的平均距离逐渐减小, 层间距逐渐增大, 与实验结果一致. 与此同时, 电子逐渐从主体层板向客体阴离子传递,导致主客体之间的静电作用力及整体超分子作用力逐渐增强, 结合能的绝对值逐渐增大, 体系的稳定性增加.在微观结构上, 电子传递行为使层板中平均金属―氧键键长逐渐减小, 且金属配位角的畸变情况得到一定程度的缓解, 这些变化都有利于形成更稳定的体系, 说明镍铝类水滑石在理论上比镁铝水滑石更稳定.     

层间水分子含量对铜铁水滑石超分子作用力的影响

构建铜铁水滑石[Cu₃Fe-LDHs-yH₂O(y=0-2)]周期性计算模型, 采用密度泛函理论(DFT), 选取CASTEP程序模块, 对体系进行几何全优化, 从结构参数、氢键布居、Mulliken电荷布居、逐级水合能等角度研究了层间NO₃^-和H₂O的分布形态及其与水滑石(LDHs)层板的超分子作用, 探究了水分子数目对体系姜-泰勒效应的影响. 结果表明, Cu₃Fe-LDHs-yH₂O主客体间存在着较强的超分子作用力, 主要包括氢键和静电作用, 其中氢键作用在水合过程中起主导作用, 氢键强度的顺序是层板-阴离子(L-A)型＞阴离子-水(A-W)型＞层板-水(L-W)型＞水-水(W-W)型; 随着层间水分子数的增加, 层间距先略微降低后显著升高, Cu₃Fe-LDHs体系的Cu—O八面体被逐渐拉长, 层板Cu²⁺的姜-泰勒畸变程度逐渐增大, 体系的逐级水合能绝对值逐渐降低, 说明Cu₃Fe-LDHs的水合程度不会无限增加, 而是具有一个饱和值. Cu₃Fe-LDHs-1H₂O构型接近理想六方晶胞, 层板金属畸变程度最小, 稳定性最高, 层间距与实验值较吻合, 推测其为实验上合成的Cu₃Fe-LDHs较稳定的构型.     

层间阴离子对四元水滑石超分子作用力的影响

构建一价阴离子(X=F^?, Cl^?, Br^?, I^?, NO₃^?, OH^?)插层铜锌镁铝四元水滑石(CuZnMgAl-X)周期性计算模型, 采用密度泛函理论(DFT), 选取CASTEP程序模块, 对体系进行几何全优化, 从结合能、结构参数、Mulliken布居、氢键布居、态密度等角度研究了不同层间阴离子的分布形态以及其对主客体间超分子作用的影响. 结果表明, 随着CuZnMgAl-X体系层间阴离子电负性的减弱, 电子逐渐从层间阴离子向层板发生转移, 主客体间静电作用力逐渐减小, 氢键强度逐渐降低, 禁带宽度逐渐变窄, 体系电子更易向高能级发生跃迁, 稳定性逐渐下降. 此外, Cu的掺杂使得CuZnMgAl-X 体系的价带顶向高能量处发生偏移, 禁带宽度较传统水滑石体系更窄,稳定性更低, 进一步解释了含铜水滑石较难合成的原因.     

ZnSe: Fe2+中的动态Jahn-Teller效应和远红外光谱的研究

推导了3d4/3d6离子基态 5D在立方晶体场、自旋-轨道耦合和动态Jahn-Teller效应作用下的哈密顿矩阵,并用对角化该哈密顿矩阵的方法研究了Fe2+在ZnSe中的远红外光谱,理论计算与实验符合得好.研究表明,在ZnSe∶ Fe2+中,比晶体场理论分析多出的分裂谱线是Fe2+与ZnSe晶格间的动态Jahn-Teller效应引起的.还预测了其它Jahn-Teller效应分裂谱.所推导的哈密顿矩阵对研究3d4/3d6离子在立方晶体中的精细光谱、电子顺磁共振谱和动态Jahn-Teller分裂都是有用的.     

水滑石限域空间中Cl-与H2O的超分子作用

构建水滑石(LDHs-Cl-yH2O)周期性计算模型, 选用密度泛函理论-赝势平面波法对模型进行几何全优化, 从结构参数、Mulliken电荷布居、态密度(DOS)、能量等角度研究层间Cl-和水分子的分布形态以及与LDHs层板间的超分子作用. 计算结果表明, LDHs-Cl主客体间存在着较强的超分子作用, 主要包括静电和氢键作用. LDHs-Cl层间引入水分子后, 随着水分子数的增加, 层间距逐渐增大后趋于平衡. 水合过程中氢键作用比静电作用更占优势, layer-water型氢键要略强于anoin-water型氢键. 当y=1, 2时, Cl-与水分子所在平面以平行层板的方式存在于LDHs层板间, 并且与两层板的距离基本相等; 当y=3, 4时, Cl-与水分子则以偏向某一层的方式随机地存在于LDHs 层板间. 随着层间水分子增加, LDHs-Cl-yH2O由离子型晶体向分子型晶体转化, LDHs-Cl的水合具有饱和量.     

脯氨酸与Zn~(2+/1+/0)相互作用及性质

运用M062X和X3LYP两种密度泛函理论(DFT)方法在TZVP和6-311++G(2d,p)+LANL2DZ基组水平上,对已报道的15种脯氨酸(Pro)构象分别与Zn2+、Zn+及Zn进行不同方式配位体系的几何结构、能量学特征、振动光谱和电子结构性质进行了计算研究.Pro-Zn2+、Pro-Zn+和Pro-Zn三种体系分别得到19、21和24种稳定结构.Pro-Zn2+体系中Zn2+与Pro两性离子的氧端(OO)配位形成的四元环结构能量最低,其次是与Pro羧羰基氧和亚氨基氮配位形成的五元环结构,而Pro-Zn+体系与之相反.Pro-Zn2+/1+/0体系的相对能差逐渐降低,结合能分别位于-620--936,-139--325和-1.5--22 kJ·mol-1范围,配位Pro的变形能随价态降低而减小.ProZn2+体系受方法和基组影响较大,离子体系中Zn均获得少量负电荷,所有配位化合物的前线轨道能差均比相应两个碎片要低.     

反相气相色谱法探究铜镁铝水滑石的表面性质

采用共沉淀法合成了Cu_xMg_3-xAl-LDHs (x＝0～3), 利用FTIR 及IGC 法(反相气相色谱法)对合成的样品进行测试和表征, 并结合计算机模拟的结果来探讨铜镁铝水滑石的表面性质. 结果表明, 随 Cu²⁺含量的增加, 铜镁铝水滑石表面吸附自由能及表面能色散组分增加, 稳定性下降, 这可能由于Cu²⁺本身具有的Jahn-Teller 畸变会很大程度地影响层板的稳定性, 导致含铜水滑石体系的稳定性降低; 随着Cu²⁺含量的增加, 水滑石表面碱性先减小后增大.     

Preparation and characterization of thiacalix[4]arene coated water-soluble CdSe/ZnS quantum dots as a fluorescent probe for Cu2+ ions

Highly fluorescent water-soluble CdSe/ZnS (core/shell) quantum dots (QDs) as a fluorescent Cu2+ ion probe were synthesized using thiacalix[4]arene carboxylic acid (TCC) as a surface coating agent. Hydrophobic trioctylphosphine oxide (TOPO) capped CdSe/ZnS QDs were overcoated with TCC in tetrahydrofuran at room temperature, and deprotonation of the carboxyl groups of TCC resulted in the formation of water-soluble QDs. The surface structure of the QDs was characterized by using transmission electron microscopy (TEM) and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). TEM images showed that TCC-coated QDs were monodispersed with the particle size (core-shell moiety) of approximately 5 nm. Hydrodynamic diameter of the TCC-coated QDs was determined to be 8.9 nm by FCS, showing that the thickness of the surface organic layer of the QDs was approximately 2 nm. These results indicate that the surface layer of TCC-coated QDs forms a bilayer structure consisting of TOPO and TCC molecules. TCC-coated CdSe/ZnS QDs were highly fluorescent (quantum yield, 0.21) compared to the QDs surface-modified with mercaptoacetic acid and mercaptoundecanoic acid. Fluorescence of the TCC-coated QDs was effectively quenched by Cu2+ ions even in the presence of other transition metal ions such as Cd2+, Zn2+, Co2+, Fe2+, and Fe3+ ions in the same solution. The Stern-Volmer plot for the fluorescence quenching by Cu2+ ions showed a linear relationship up to 30 microM of Cu2+ ions. The ion selectivity of TCC-coated QDs was determined by measurements of fluorescence responses towards biologically important transition metal ions (50 microM) including Fe2+, Fe3+, Co2+>Zn2+, Cd2+. The fluorescence of TCC-coated QDs was almost insensitive to other biologically important ions such as Na+, K+, Mg2+, and Ca2+, suggesting that TCC-coated QDs can be used as a fluorescent Cu2+ ion probe for biological samples. A possible quenching mechanism by Cu2+ ions was also discussed on the basis of a Langmuir-type adsorption isotherm.     

Uptake of transition metal ions using liposomes containing dicetylphosphate as a ligand.

The uptake of Cu2+ was investigated using various types of liposomes composed of phosphatidylcholine (PC), cholesterol (Chol) and dicethylphosphate (DCP). DCP played a role as a ligand for Cu2+. Multilamellar vesicles (MLVs) were more effective for the uptake of Cu2+ compared to unilamellar vesicles prepared by the extrusion technique. The uptake efficiency of MLVs for Cu2+ was dependent on the molar ratio of DCP in MLVs. The uptake percent of Cu2+ was 92% using MLVs having a PC:DCP:Chol molar ratio of 4:3:3; 95% of the total vesicle Cu2+ was bound to DCP of the outer membrane surface of the MLVs, and the remaining 5% of the total Cu2+ was distributed into the interior side of the MLVs. MLVs having a PC:DCP:Chol molar ratio of 4:3:3 were also effective as separation media for Mn2+, Co2+, Ni2+ and Zn2+. The uptake efficiency of the MLVs for the transition-metal ions increased in the order Co2+ < Zn2+ < Ni2+ < Mn2+ < Cu2+.     

穆斯堡尔谱研究电镀镍铁合金层

用穆斯堡尔谱研究了电镀镍铁合金层的形成过程,镀液中Al~(3 ),Mn~(2 ),Cr~(3 ),Zn~(2 )及Cu~(2 )等离子的存在对镀层组成、织构等的影响以及不同铬处理后镍铁镀层的织构和耐蚀性;分析了铬、锰等元素在其中所起的作用;并初步探讨了形成层状结构的原因.     

吡咯并[2,1,5-cd]中氮茚酰腙衍生物的合成及Cu2+荧光探针行为

设计合成了吡咯并[2,1,5-cd]中氮茚酰腙衍生物6. 测试了其紫外光谱和荧光光谱, 研究了其对铜离子的选择性识别作用. 结果表明, 化合物6作为铜离子荧光探针, 受常见离子干扰较小, 对于铜离子有着较高的选择性和较低的检出限.     

Thermodynamic and kinetic aspects of metal binding to the histidine-rich protein, Hpn

The histidine-rich protein, Hpn, binds to essential metals Ni2+, Cu2+, Zn2+ and a therapeutic metal Bi3+ with the in vitro affinities in the order of Cu2+ > Ni2+ > Bi3+ > Zn2+. In contrast, the in vivo (in E. coli) protection by the protein is in the order of Ni2+ > Bi3+ > Cu2+ approximately Zn2+. The release of Ni2+ from the protein follows a two-step process consisting of a rapidly established equilibrium and subsequently a rate-determining step (dissociation of Hpn-Ni...EDTA to Ni-EDTA). Our work suggests the nickel storage and homeostasis in H. pylori as the primary role of Hpn.     

电位滴定判断二元金属氢氧化物的复合化

尖晶石型纳米复合金属氧化物目前主要的合成方法还是共沉淀法 [1,2 ] .但是此种方法常因不能准确掌握共沉淀的 p H范围 ,而出现组分金属离子偏析 ,难制得不含杂相的纯净复合金属氧化物纳米微粒[3] .混合金属离子能否形成复合氢氧化物 ,在什么条件下形成 ,这方面的研究还未见报道 .电位滴定法通常是研究单一金属离子的水解或氢氧化物生成的有效方法 [4 ,5] ,为此 ,我们以 Al3+、Fe3+分别与 Ni2 +、Zn2 +、Cu2 +等金属离子形成的二元金属混和溶液为对象 ,使用自动电位滴定仪测定这些混合体系的电位滴定曲线 ,并通过与相应的单一金属离子的…     

微生物絮凝剂产生菌絮凝活性研究(II)

从福州郊区旱田地表土壤中分离得到一株絮凝剂产生菌,根据菌落形态特征,初步鉴定为链球菌。研究表明,培养基组成如下:碳源为蔗糖,氮源为牛肉膏,培养基初始pH值为5~8.5之间能取得较好的效果,添加一定浓度的Na+、Mg2+、Ca2+对培养液的絮凝活性有促进作用,而培养液中少量的Cu2+、Fe3+、Zn2+可抑制絮凝活性,该絮凝剂对高岭土悬浮液有较好的絮凝效果。结合实验现象和双电层理论初步推测了该絮凝剂的絮凝过程模型,对进一步研究微生物絮凝剂的絮凝机理有一定的参考作用。     

γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱性质及其对重金属离子的吸附行为

运用电位滴定技术研究了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系的表面酸碱性质;依据滴定数据及表面配位理论恒电容模式,利用WinSGW软件计算得出了γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的酸碱反应平衡常数:≡XOH+H+≡XOH2+(lgK1=5.06±0.05);≡XOH≡XO-+H+(lgK2=-8.45±0.10);在此基础上研究了不同pH条件下重金属离子Cu2+,Pb2+,Zn2+在γ-Al2O3/SiO2纳米颗粒混合体系表面的吸附行为,并用WinSGW软件模拟得出了Cu2+,Pb2+,Zn2+在该混合悬浮液体系中的表面配位常数:≡XOH+M2+≡XOM++H+[lgK=-2.20,-1.72,-2.90(M=Cu,Pb,Zn)].