密度泛函理论研究金属镧离子的水合团簇

作者：巨朝阳; 余梦婷; 雷庭俞; 程海翔; 任兰会^*; 葛承胜^*

来源：过程工程学报, 2022, 22(06): 764-773.

• 分子筛
• 密度泛函理论计算
• 镧离子
• 离子水合
• 团簇

Y型分子筛具有许多工整均匀的孔道结构，经常作为酸催化剂、双功能助推剂和择形催化剂，被广泛应用于干燥、洁净过滤、吸附分离和催化等领域。工业生产中稀土Y型分子筛的制备一般选用稀土离子水溶液与NaY型分子筛通过离子交换置换制取，但稀土离子水合结构以及通过分子筛孔的微观机理仍不清楚。本工作采用密度泛函理论(DFT)在M06-2X-D3/def2-SVP计算水平下，La3+采用LANL2DZ赝势基组，采用SMD=water隐式溶剂模型研究了La3+水合团簇及其不同价态时的结构性质，对水合团簇结构尺寸、Mulliken电荷、结合能以及能量分解进行了分析。结果表明，La3+水合团簇结构柔性较大，并非大于某个水合数无法通过分子筛孔；随水合数目的增大，La-O(H2O)平均半径有着增大的趋势，La3+在水溶液中总是趋于更稳定的多水合团簇结构；La-O(OH-)形成的键能比La-O(H2O)强；在[La(H2O)n]3+水合数目小于等于9时，团簇结构中以静电为主导作用，其次是诱导作用和交换互斥作用，色散作用所占比例最小；当水合数目大于9时，诱导作用所占比例升高，静电作用所占比例降低。研究结果对于深入认识稀土水合结构和分子筛制备机理具有重要理论指导意义。

• 单位
  浙江大学; 中国科学院山西煤炭化学研究所; 煤转化国家重点实验室; 化学与材料工程学院; 衢州学院