SO42-微观水合结构DFT研究

作者：刘红艳; 周永全; 房春晖^*; 朱发岩; 张文倩; 韩丽

来源：计算机与应用化学, 2019, 36(01): 50-64.

DOI：10.16866/j.com.app.chem201901007

• 2-水合团簇" name="keyword">[SO4(H2O)n]2-水合团簇
• 微观结构
• DFT
• 氢键

运用密度泛函理论(DFT)计算方法系统研究硫酸根阴离子水合团簇,[SO4(H2O)n]2-(n=1-18),微观水合结构。理论计算采用ωB97XD泛函和6-311++G(d,p)基组。每个尺寸团簇结构,尽可能考虑所有合理初始结构,以此进行结构优化和频率分析等。结果表明,气相和液相条件下SO42-与H2O之间的相互作用能和溶剂稳定化能均与团簇尺寸n成线性关系,因此优化得到稳定结构均是合理构型。在[SO4(H2O)n]2-水合团簇稳定结构中,氢键的形式有两种,即溶质-溶剂(SO42-…HOH)之间形成的对称双氢键,以及溶剂-溶剂(H2O... HOH)之间形成的氢键。当SO4(H2O)n]2-水合团簇的尺寸为5个水分子时,由于水分子内氢键的形成,出现氢键环状结构,且团簇结构中出现水分子内氢键时,结构较为稳定。随着n增加,氢键结构逐渐变为网状直至稳定的笼状。通过能量参数和键参数分析可知,当团簇尺寸n≥18时,SO42-第一水合层水分子数≥9,而第二水合层还有待进一步研究。同时随着浓度降低SO42-与H2O分子之间总相互作用能增加,溶液中溶剂-溶质相互作用增强。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院大学; 中国科学院青海盐湖研究所; 青海省盐湖资源化学重点实验室