Mg-Al类水滑石层板结构中Al/Mg比与稳定性的关系

通过改变Mg和Al的数量构建不同Al/Mg比的类水滑石层板模型, 采用量子化学密度泛函理论(DFT), 优化并计算各种Al/Mg比的水滑石结构, 通过对键长、电荷、能量等分析, 得出Al/Mg比对水滑石稳定性的影响规律. 在实际的水滑石层板结构中, 当Al/Mg比为1:2和1:3时, 最适宜形成稳定水滑石相, 且1:3比1:2更具优势.     

杂多阴离子柱撑水滑石层柱相互作用(Ⅰ)

杂多阴离子柱撑水滑石层柱相互作用（Ⅰ）李兴林＊佘益民郭军蒋大振（中国科学院长春应用化学研究所长春１３００２２）（吉林大学化学系长春）关键词杂多阴离子，柱撑水滑石，ＸＰＳ，ＩＲ，ＸＲＤ１９９６－０６－１８收稿，１９９６－１０－１２修回国家自然科学基金资...     

层间水含量对Mg3Al-LDHs-Cl力学特性的影响

构建水滑石(Mg3Al-LDHs-Cl-nH2O)周期性计算模型, 采用密度泛函理论-赝势平面波法的CASTEP/LDA(局域密度近似)程序, 在CA-PZ水平上对模型进行几何全优化和弹性常数计算. 从弹性常数Cij、切变模量、杨氏模量和泊松比等方面研究了层间水分子含量(n)对材料力学性质的影响. 计算结果表明, 层间水分子含量对材料的力学性质有很大的影响. 层间水分子能提高体系总体的抗压性能, 当n=1时, 材料的抗压性能最好; 当n=2时, 材料的抵抗剪切变形的能力最差, 体系最柔软. 层间水分子对材料杨氏模量的影响较大, 对泊松比的影响并不明显. 且层间水分子对材料横向的力学性能起到平均化作用, 最终使材料在x轴和y轴方向上的抗压性能和膨胀率趋于一致.     

镁铝水滑石层板与层间阴离子相互作用的理论研究

本文采用以ASED-MO(含原子对排斥的EHMO法)为基础的结构自动优化的EHTOPT程序,对镁铝水滑石(LDHs)层板与层间阴离子相互作用进行了理论研究.以Mg6Al2(OH)16X@H2O为分子结构单元,计算并分析了与不同层间阴离子形成稳定结构的能量变化、成键状况及电荷转移情况,揭示了层间作用力的本质.结果表明,LDHs层板与层间阴离子间存在静电吸引、氢键等非共价键弱相互作用,且氢键作用为主,其强弱与阴离子电荷分布、空间排布方式密切相关;层间阴离子电荷分布同时还影响着层板酸碱性的变化.     

杂多阴离子柱撑水滑石层柱相互作用的XPS研究(II)

水滑石（LayeredDoubleHydroxides，简称LDHs）作为一类重要的柱层材料已引起人们的重视[1，2]．人们利用水滑石间柱阴离子的可交换性的特点[3].将各种阴离子如无机和有机阴离子[4]、同多和杂多阴离子（Polyoxometalates；简称POMs）[5]相继被引入水滑石层间．因此得到了具有高     

类水滑石材料主客体插层结构的构筑及特性的理论研究

因主体层板和层间客体具有丰富的可调性,类水滑石材料(LDHs)在催化、吸附、生物医药及光、电、磁等方面展现出了广阔的应用前景.近年来理论研究已成为揭示LDHs微观结构和性质的重要手段,本文系统综述了LDHs材料主体结构、客体结构以及主客体相互作用3个方面的理论研究工作进展,及其在作为光驱动催化剂方面应用的理论研究.从主体元素构成、元素比例、电荷分布、拓扑结构转变、能带结构、态密度、层间阴离子组成、离子交换性能、主客体作用力、能量性质及光催化性能等方面,在原子、电子尺度上揭示了LDHs材料结构-性能之间的构效关系,为以其为材料平台构筑一系列基于超分子插层结构主客体间相互作用的新型功能材料、扩展材料的功能性提供了丰富的理论信息和有益指导.     

类水滑石主体层板与客体CO2-3、H2O间的超分子作用

通过构建类水滑石双层计算模型,采用混合密度泛函B3LYP/6-31G(d)//B3LYP/3-21G方法计算类水滑石(LDHs-CO3-yH2O)的结构与能量,探讨LDHs限域空间中客体阴离子及水分子的分布形态以及主客体超分子作用.计算结果表明,客体阴离子与水分子以平行层板的方式存在于水滑石层间.主客体发生作用时,CO2-3的HOMO轨道向层板的LUMO轨道转移电子.所形成的LDHs-CO3主客体作用要强于LDHs-F以及LDHs-Cl.与其离子交换性能相一致.水滑石去水结构(LDHs-CO3)水合过程,氢键作用较静电作用更占优势,并且layer-water型氢键要强于anion-water型氢键.此外,水合能计算表明LDHs水合具有一定的饱和量.     

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.     

类水滑石主体层板与客体CO2-3、H2O间的超分子作用

通过构建类水滑石双层计算模型, 采用混合密度泛函B3LYP/6-31G(d)//B3LYP/3-21G方法计算类水滑石(LDHs-CO3-yH2O)的结构与能量, 探讨LDHs限域空间中客体阴离子及水分子的分布形态以及主客体超分子作用. 计算结果表明, 客体阴离子与水分子以平行层板的方式存在于水滑石层间. 主客体发生作用时, CO2-3的HOMO轨道向层板的LUMO轨道转移电子. 所形成的LDHs-CO3主客体作用要强于LDHs-F以及LDHs-Cl, 与其离子交换性能相一致. 水滑石去水结构(LDHs-CO3)水合过程, 氢键作用较静电作用更占优势, 并且layer-water型氢键要强于anion-water 型氢键. 此外, 水合能计算表明LDHs水合具有一定的饱和量.     

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。     

Layered Double Hydroxides with Hydrotalcite—type Structure Containing Fe^3＋,Al^3＋ and Mg^2＋

IntroductionLayered double hydroxides( LDHs) with hy-drotalcite ( HT ) - type structure are composed oftrivalent and divalent metal ions and have the gen-eral formula[1] ,[M2 + 1-x M3 + x ( OH) 2 ]x+ An-x/ n· m H2 O,where M3 + is a trivalentmental ion,such as Al3 + ,Fe3 + ,La3 + ,Ni3 + ,Mn3 + etc.,M2 + is a divalentmetal ion,such as Mg2 + ,Zn2 + ,Ca2 + ,Cu2 + ,Co2 +etc.,An-is a charge compensating anion,such asOH-,Cl-,NO-3 ,CO2 -3 etc.,m is the number ofthe moles of co- intercalat…     

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.     

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.     

Hydrothermal Synthesis of Nanorods and Nanowires of Mg/Al Layered Double Hydroxides

Layered double hydroxides (LDHs) are a class of synthetic anion clays, characterized by the formula[MⅡ1-xMⅢx (OH)2]x (An- )x/n·yH2O (where M =metal and A = anion, usually carbonate)[1-3]. A large number of LDHs with a wide variety of M Ⅱ-M Ⅲ cation pairs including M Ⅰ-M Ⅲ ( e. g. , Li-Al ) and M Ⅱ-MⅣ( e. g. , Co-Ti) have been reported. Thus the identities of the cations(MⅠ , MⅡ , MⅢ and MⅣ) and the interlayer anion (An-) together with the value of the stoichiometric coefficient (x) may vary widely, giving rise to a large class of isostructural materials.     

含水Mg3Al-LDH-Cl的电子结构与成键特征

建立了Mg₃Al-LDH-Cl-nH₂O (n＝0～2)双层周期性计算模型. 选用密度泛函理论-赝势平面波法CASTEP, 从原子轨道布居、Mulliken电荷布居、态密度(DOS)等方面, 计算研究了含层间水情况下体系的电子结构及成键特征, 并探求了层间水分子含量及水分子的电子屏蔽效应对Mg₃Al-LDH-Cl-nH₂O材料电子结构的影响. 结果表明体系层板上 M—O同时具有共价键与离子键两种特征, 主客体之间以静电作用为主, 而层间客体之间的相互作用以氢键作用为主. 层间H₂O的电子屏蔽作用主要表现为对层间阴离子的影响以及对层板上二价金属阳离子的影响. 主体层板的电价成分和层间域的共价成分均随着水分子数目的增加而增加.     

氢原子吸附的Cu(100)表面原子结构和电子态

用密度泛函理论的总能计算研究了金属铜(100)面的表面原子结构以及在不同覆盖度时氢原子的吸附状态. 研究结果表明, 在Cu(100)c(2×2)/H表面体系中, 氢原子吸附的位置是在空洞位置, 距最外层Cu原子层的距离为0.052 nm, 相应的Cu—H键长为0.189 nm, 并通过计算结构参数优化否定了其它的吸附位置模型. 总能计算得出Cu(100)c(2×2)/H表面的功函数为4.47 eV, 氢原子在这一体系的吸附能为2.37 eV(以孤立氢原子为能量参考点). 通过与衬底原子的杂化, 氢原子形成了具有二维特征的氢能带结构, 在费米能级以下约0.8 eV处出现的表面局域态是Cu(S)-H-Cu(S-1)型杂化的结果. 采用Cu(100)表面p(1×1)、p(2×2)和p(3×3)的三种氢吸附结构分别模拟1, 1/4, 1/9的原子单层覆盖度, 计算结果表明, 随着覆盖度的增加, 被吸附的氢原子之间的距离变短, 使得它们之间的静电排斥和静电能增大, 从而导致表面吸附能和吸附H原子与最外层Cu原子间垂直距离(ZH-Cu)逐渐减小. 在较低的覆盖度下, 氢原子对Cu(100)表面的影响主要表现为单个原子吸附作用的形式. 通过总能计算还排除了Cu(100)表面(根号2×2根号2)R45°-2H缺列再构吸附模型的可能性.     

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.     

Fabrication of Zn-Ti layered double hydroxide by varying cationic ratio of Ti4+ and its application as UV absorbent

ZnTi-layered double hydroxides(LDHs) with varying Zn/Ti ratio have been synthesized by coprecipitation of zinc and titanium salts from homogeneous solution.The obtained ZnTi-LDHs possess high crystallinity and hierarchical structure with improved UV-absorbance property.The UV-vis spectra show that the UV absorbing properties of ZnTi-LDHs is stronger and broader than both MgAl-LDH and ZnAl-LDH due to the existence of Ti.Moreover,the UV absorption property increased with the content of Ti,which can be ascribed to the decrease in the band gap energy,as clearly confirmed by density functional theory calculations.When irradiated by UV rays,the property of the samples with generated free radicals(OH~·and O_2~·) was evaluated by means of electron spin resonance(EPR).ZnTi-LDHs generated a relatively lower active radicals in contrast with TiO_2 and ZnO,which implied an increased safety used as sunscreens.Therefore,this work provides a detailed understanding of UV shielding properties of ZnTiLDHs which was unrevealed previously,and demonstrates the expansive application prospects of ZnTiLDHs in the field of sunscreens.