金屬離子溶液體系微觀結(jié)構(gòu)光譜的理論研究.pdf

1、金屬離子溶液體系微觀結(jié)構(gòu)光譜的研究對(duì)增強(qiáng)解析分子光譜,開展光譜計(jì)算,深化分子結(jié)構(gòu)和振動(dòng)光譜關(guān)系的研究和應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義,其方法的建立和發(fā)展為研究生命科學(xué)、液體結(jié)構(gòu)、稀土絡(luò)合物、高分子結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料等提供強(qiáng)有力的手段。金屬離子和溶劑分子之間存在較強(qiáng)的相互作用,導(dǎo)致離子溶劑化(ion solvation)現(xiàn)象。本文在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上,通過研究鋰離子、鎂離子、鈣離子等在相應(yīng)溶劑中的作用以及其微觀結(jié)構(gòu)變化,利用紅外光譜、量子化學(xué)計(jì)算等

2、方法對(duì)體系的溶劑化情況進(jìn)行了研究。具體的研究內(nèi)容如下:
　　 1.利用紅外光譜技術(shù)、密度泛函理論(DFT)和從頭算法(ab initio)的HF(Haree-Fock)方法對(duì)鋰離子、鎂離子、鈣離子在丙酮溶液中的溶劑化過程的微觀構(gòu)型進(jìn)行量子化學(xué)模擬計(jì)算?；阡囯x子丙酮溶液C=O特征峰實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化結(jié)果對(duì)比,及優(yōu)化結(jié)果中體系穩(wěn)定構(gòu)型的鍵長、凈電荷以及熱力學(xué)參數(shù)值等的比較,得到適用于該體系計(jì)算的最佳計(jì)算模型。
　　 2.通過對(duì)氯化

3、鋰、氯化鎂、氯化鈣乙醇溶液的的紅外光譜解析,得出金屬離子與溶劑分子溶劑化作用是通過金屬離子與乙醇分子中氧發(fā)生的。結(jié)合量子化學(xué)模擬計(jì)算得出相應(yīng)構(gòu)型的熱力學(xué)參數(shù)及該溶液體系中的穩(wěn)定構(gòu)型,并利用波恩方程從理論方面對(duì)量子化學(xué)模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)通過溶液濃度變化與其電導(dǎo)率之間的關(guān)系說明了溶液體系中確實(shí)存在溶劑化的現(xiàn)象。
　　 3.針對(duì)相同摩爾比的DMF和乙醇的混合溶液,通過溶液的特征峰計(jì)算得到了陽離子在兩種溶劑中的溶劑化數(shù),解釋了該混合

4、溶液體系中優(yōu)先溶劑化的情況。通過DMF和乙醇的混合溶液的量子化學(xué)模擬,得到金屬離子與溶劑分子結(jié)合時(shí)的鍵長以及金屬離子與溶劑分子結(jié)合時(shí)的凈電荷變化情況,進(jìn)一步驗(yàn)證該溶液體系中優(yōu)先溶劑化的情況。
　　 4.通過對(duì)不同陽離子溶液體系溶劑化數(shù)的計(jì)算,及其特征峰和吸光度的變化規(guī)律,得出陽離子溶劑化能力的大小。采用密度泛函理論的B3LYP/6-31G*對(duì)體系進(jìn)行優(yōu)化,基于優(yōu)化出的穩(wěn)定構(gòu)型鍵長等進(jìn)一步說明了不同陽離子溶劑化能力。