[Fe(H2O)m(OH)n]~x配合物及MgFe-LDHs电子结构的理论研究

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本论文采用量子化学密度泛函理论(DFT)的B3PW91方法,对铁离子配合物[Fe(H2O)m(OH)n]x(m+n=4,5,6)的可能构型进行优化计算,分析比较了优化结果的几何构型、电荷布居以及能量;从Mg2+和Fe3+与OH形成多金属配合物的角度,探索了MgFe-LDHs单层板逐渐生长的过程;通过构建主客体模型,探讨了MgFe-LDHs单层板与Cl-和NO3-组装产物的电子结构及主客体相互作用;对卤素阴离子型MgFe-LDHs的结构模型进行了优化,分析比较了优化结果的几何构型、电荷布居以及主客体相互作用能。具体研究内容及主要结果如下:一、[Fe(H2O)m(OH)n]x配合物电子结构的理论研究在B3PW91/6-31G(d,p)计算水平上,优化得到了铁离子与H2O和OH-所形成的,配位数分别为四、五、六的稳定结构。其中四配位有5种稳定构型,[Fe(OH)4-+6H2O+2OH-]是最稳定的配合物体系;五配位有5种稳定构型,[Fe(OH)52-+6H2O+OH-]是最稳定的配合物体系;六配位有3种稳定构型,[Fe(OH)63-+6H2O]是最稳定的配合物体系。二、MgFe-LDHs层板结构生长过程的理论研究在B3PW91/Lanl2dz计算水平上,研究了MgFe-LDHs单层板的生长过程,结果表明:层板结构从MgFe(OH)83-开始,沿着路径MgFe(OH)83-—>Mg2Fe(OH)92-—>Mg3Fe(OH)10-—>Mg4Fe(OH)11—>Mg5Fe(OH)12+—>Mg6Fe(OH)123+,逐渐长大至Mg6Fe(OH)123+。然后以Mg6Fe(OH)123+为中心,继续向外扩展至Mg30Fe7(OH)729+。在层板长大的过程中,体系的能量逐渐降低,层板结构越来越稳定。三、MgFe-LDHs层板与Cl-和NO3-超分子作用的理论研究在B3PW91/6-311++G(d,p)计算水平上,优化得到了Cl-和NO3-与MgFe-LDHs单层板的主客体作用模型,分析比较了主客体作用模型的几何构型、电荷布居、相互作用能,结果表明:Cl-和NO3-与主体单层板存在着较强的超分子作用,主要包括氢键和静电相互作用,主客相互作用能分别为-1020.7944和-956.8944 kJ·mol-1。四、卤素阴离子型MgFe-LDHs微观结构的理论研究在B3PW91/6-311++G(d,p)计算水平上,优化得到了卤素阴离子型MgFe-LDHs的结构模型,分析比较了结构模型的几何构型、电荷布居、相互作用能,结果表明:F-,Cl-,Br-与主体双层板存在着较强的超分子作用,主要包括氢键和静电相互作用;在F-,Cl-,Br-的插层过程中,MgFe-LDHs的主体层板保持结构稳定,体系能量降低,主客体相互作用能分别为-400.6513、-340.2648和-325.8246 kJ·mol-1,稳定性顺序为:MgFe-F-LDHs>MgFe-Cl-LDHs>MgFe-Br-LDHs。
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