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, 2021, 1-10.

• 分子筛
• 密度泛函理论计算
• 镧
• 离子水合
• 团簇

Y型分子筛具有许多工整均匀的孔道结构，经常以酸催化剂、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。在工业生产中稀土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来置换制取；但稀土离子水合结构以及如何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，其中La3+采用LANL2DZ赝势基组，并且采用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，另外对水合团簇结构尺寸、Mulliken电荷、结合能以及能量分解进行分析。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、分子筛制备机理具有重要理论指导意义。

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