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.     

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.     

Cu-Ni-Mg-Al-CO_3四元水滑石的合成及结构分析

以Cu(NO3)2 ·3H2 O,Ni(NO3)2 ·6H2 O,Mg(NO3)2 ·6H2 O和Al(NO3)3·9H2 O为原料,以NaOH和Na2 CO3为沉淀剂,采用成核/晶化隔离法合成了Cu Ni Mg Al CO3四元水滑石,通过XRD,FT IR,TG DTA,ICP等手段对样品进行测试和表征,并且对水滑石结构的层板和层间阴离子相互作用进行分析和讨论.结果表明,控制Cu2 +离子与其它二价金属离子的配比,可制备晶体结构规整的M(II)4 M(III)2 (OH)12 CO3·4H2 O型水滑石;Cu2 +离子的引入导致了明显的Jahn Teller效应;且随Mg2 +量的增加,使得这种效应更加显著,另一方面Mg2 +量的增加有利于Cu Ni Mg Al CO3四元水滑石晶体在a方向上生长,增强其热稳定性     

阴离子插层镁铝水滑石结构及相互作用的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)计算了MgAl-LDHs层板与无机阴离子(F^-、Cl^-、NO₃^-、CO₃^2-、SO₄^2-)和有机阴离子(水杨酸根离子([HO(C₆H₄)COO]^-)、苯甲酸根离子([(C₆H₅)COO]^-)、对二甲氨基苯甲酸根离子([p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-)、十二烷基磺酸根离子[C₁₂H₂₅SO₃]^-、己烷基磺酸根离子[C₆H₁₃SO₃]^-、丙烷基磺酸根离子[C₃H₇SO₃]^-)间的相互作用,获得稳定超分子几何结构及相互作用能。层板主体与客体间存在较强的超分子作用,包括主客体间静电作用和氢键等。主、客体间相互作用能数值大小顺序为CO₃^2- > SO₄^2- > F^-> Cl^-> NO₃^-;[p-(CH₃)₂N(C₆H₄)COO]^-> [(C₆H₅)COO]^-> [HO(C₆H₄)COO]^-和[C₁₂H₂₅SO₃]^-> [C₆H₁₃SO₃]^- > [C₃H₇SO₃]^-。另外,还采用自然键轨道(NBO)计算和分析了LDHs 层板与阴离子间作用机理,从二阶微扰理论计算得到的稳定化能变化趋势与相互作用能数据基本吻合。     

铜锌铝三元水滑石畸变结构和稳定性的理论研究

基于密度泛函理论,用CASTEP程序模块构建水滑石(CuxZn3-xAl-LDHs)周期性计算模型,进行模型的几何全优化,对各体系的结构参数、氢键、Mulliken电荷布居及结合能等进行分析,探讨体系中的Jahn-Teller效应和结构稳定性.计算结果表明,层板中Cu2+与Zn2+交错排列的构型比较稳定.随着层板上Cu2+取代Zn2+的量增多,晶胞对称性变差,但Cu2+的Jahn-Teller效应对中心Al3+的影响较小.CuxZn3-xAl-LDHs(x=0～3)体系中离子键逐渐变强,共价键逐渐变弱,体系整体上由共价型晶体向离子型晶体转变.体系中Jahn-Teller效应导致的畸变使主-客体作用力增强,其中静电作用力减弱,氢键强度变大,且氢键作用占优势.总体上,体系的结合能绝对值逐渐减小,稳定性降低,这对于合成含铜的LDHs材料具有理论指导意义.     

酸性橙插层锌铝水滑石的组装及其结构与性能

采用共沉淀法合成酸性橙阴离子插层锌铝水滑石(Zn/Al-AO7 LDHs),研究不同pH值及原料金属离子配比对产物结构的影响,利用X射线粉末衍射(XRD),热分析(TG-DTA),傅里叶变换红外(FT-IR)等表征手段,对插层产物的结构进行表征,确定了制备酸性橙插层锌铝水滑石的最适宜条件.用量子化学的B3PW91/6-31G(d,p)方法对Zn/Al-AO7 LDHs模型分子的空间几何构型进行了优化,通过结构组合得到的层间距为2.33 nm,接近XRD测试得到的层间距,从而说明了酸性橙离子在水滑石层板间的排列方式.进一步以甲酰胺为溶剂对水滑石层板进行剥离,得到澄清溶液,根据剥离产物的XRD谱可以确定剥离实验成功.     

乙二胺四乙酸柱撑镁锌铝三元水滑石的制备与表征

采用共沉淀法合成了Mg2ZnAl-CO3水滑石;以其为前驱体,利用离子交换法进行插层组装得到Mg2ZnAl-EDTA三元柱撑水滑石;采用X射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪对产物进行了表征.结果表明,合成的Mg2ZnAl-CO3水滑石纯度高、晶型良好,其层间CO32-可被乙二胺四乙酸(EDTA)阴离子取代形成Mg2ZnAl-EDTA三元柱撑水滑石;柱撑水滑石的层间距离明显增加,EDTA阴离子在层间倾斜排列.     

Cu-Ni-Mg-Al-CO3四元水滑石的合成及结构分析

以Cu(NO3)2·2H2O,Ni(NO3)2·6H2O,Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料 ，以NaOH和Na2CO3为沉淀剂，采用成核／晶化隔离法合成了Cu-Ni-Mg-Al-CO3四元 水滑石，通过XRD，FT－IR，TG－DTA，ICP等手段对样品进行测试和表征，并且对 水滑石结构的层板和层间阴离子相互作用进行分析和讨论。结果表明，控制Cu^2+ 离子与其它二价金属离子的配比，可制备晶体结构规整的M(Ⅱ）4M(Ⅲ)2(OH) 12CO3·4H2O型水滑石；Cu^2+离子的引入导致了明显的Jahn-Teller效应；且随 Mg^2+量的增加，使得这种效应更加显著，另一方面Mg^2+量的增加有利于Cu-Ni- Mg-Al-CO3四元水滑石晶体在a方向上生长，增强其热稳定性。     

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.     

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.     

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.     

Density-functional investigation of the excited state properties and the Jahn-Teller effect in [CrX6]3− (X=Cl−, Br−)

Summary The luminescence of [CrX₆]^3– X=Br^–, Cl^– has been studied through density functional theory (DFT) using both deMon and ADF codes. Multiplet energies⁴A₂,²E,⁴T₂, and⁴T₁ have been expressed as energies of non-redundant single determinants and calculated as in Ref. [1]. The influence of the metal ligand distance on the multiplet energies has been investigated. Of particular interest to this work is the Jahn-Teller effect distortion. We found that the system moves to a more stable geometry when the axial bond length is compressed and the equatorial one elongated in agreement with the experimental value.     

LDHs主体层板与卤素阴离子超分子作用的理论研究

构建了LDHs主客体作用模型, 采用混合密度泛函B3LYP方法, 在6-31G(d)水平上进行结构优化和频率分析, 然后分别用6-31G(d)和6-311++G(d, p)基组计算主客体相互作用能, 从几何参数、电荷布居、前线轨道、能量以及热力学参数等角度探讨LDHs主体层板与卤素阴离子(F?, Cl?)间的超分子作用. 计算结果表明, LDHs主体层板复合卤素阴离子是一个自发过程. LDHs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, 相互作用能分别为?592.45和?444.01 kJ·mol?1. LDHs主体层板与卤素阴离子的前线轨道发生作用, 电子容易从卤素阴离子的HOMO向层板的LUMO转移, 形成的组装产物Mg6Al(OH)14+?F?比Mg6Al(OH)14+?Cl?稳定.     

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.     

阴-非离子表面活性剂复合改性水滑石的表面性质研究

采用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、吐温-80(Tween-80)及两种表面活性剂复合改性镁铝水滑石,得到SDBS-LDHs,TweenLDHs及SDBS/Tween-LDHs 3种改性水滑石。利用反相气相色谱法(IGC)对样品进行表面性质的研究,定量计算了表面吸附自由能(ΔG0)和表面能色散组分(γs d)。结果表明,改性材料的ΔG0与γs d值均比未处理的镁铝水滑石小,其中阴-非离子表面活性剂复合改性后的水滑石的ΔG0与γs d值最小,说明阴-非离子表面活性剂复合改性水滑石较单一改性水滑石更有利于提高材料的稳定性。此外,各类水滑石的γs d值均随着温度的升高而减小,因此,在制备聚合物/水滑石类材料时,可以利用提高温度来改善其与聚合物的相容性。     

阴-非离子表面活性剂复合改性水滑石的表面性质研究

采用十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、吐温-80（Tween-80）及两种表面活性剂复合改性镁铝水滑石,得到SDBS-LDHs,Tween-LDHs及SDBS/Tween-LDHs₃种改性水滑石。利用反相气相色谱法（IGC）对样品进行表面性质的研究,定量计算了表面吸附自由能（ΔG₀）和表面能色散组分（γ_s^d）。结果表明,改性材料的ΔG₀与γ_s^d值均比未处理的镁铝水滑石小,其中阴-非离子表面活性剂复合改性后的水滑石的ΔG₀与γ_s^d值最小,说明阴-非离子表面活性剂复合改性水滑石较单一改性水滑石更有利于提高材料的稳定性。此外,各类水滑石的γ_s^d值均随着温度的升高而减小,因此,在制备聚合物/水滑石类材料时,可以利用提高温度来改善其与聚合物的相容性。