簡(jiǎn)單陰離子及谷氨酸插層LDHs功能材料的理論計(jì)算模擬研究.pdf

1、層狀雙金屬氫氧化物（Layered Double Hydroxides，簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)DHs），又稱(chēng)陰離子粘土或水滑石類(lèi)化合物，是一種具有特殊層狀構(gòu)型的功能材料。由于該材料主體層板元素的可調(diào)控性和層間客體的可交換性，為此類(lèi)材料的迅速發(fā)展提供了廣闊的空間，使其在離子交換、吸附、催化、醫(yī)藥、光、電、磁等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
　　 簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)陰離子插層水滑石的密度泛函理論研究：通過(guò)模擬簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)陰離子F-，Cl-，Br-，I-，OH-

2、，NO3-，IO3-，ClO4-插層水滑石的微觀結(jié)構(gòu)，深入討論客體陰離子與主體層板的相互作用、成鍵、態(tài)密度、電子性質(zhì)等。層板的金屬陽(yáng)離子與羥基之間不僅存在離子鍵作用也存在共價(jià)鍵作用。LDHs-X主客體間存在著較強(qiáng)的超分子作用，主要包括靜電和氫鍵作用。當(dāng)層間陰離子為簡(jiǎn)單的鹵素陰離子時(shí)，主客體相互作用力強(qiáng)度與鹵素陰離子的電負(fù)性強(qiáng)度變化方向相一致，體系的LUMO軌道彌散在整個(gè)層間區(qū)域。當(dāng)層間陰離子為較為復(fù)雜的陰離子時(shí)，該順序與層間陰離子的中心

3、原子及與其結(jié)合的原子，兩者之間電負(fù)性差值的絕對(duì)值大小相一致，體系的LUMO軌道幾乎定域在層間陰離子上。金屬陽(yáng)離子的p軌道和客體陰離子的s軌道對(duì)整個(gè)體系的離子鍵部分貢獻(xiàn)較大，而金屬陽(yáng)離子的s軌道和客體陰離子的p軌道對(duì)體系的共價(jià)鍵部分貢獻(xiàn)較大。LDHs-X體系中存在多重氫鍵，單個(gè)普通氫鍵的強(qiáng)度強(qiáng)于單個(gè)多重氫鍵，但多個(gè)多重氫鍵會(huì)使層間陰離子與層板羥基間產(chǎn)生較單個(gè)普通氫鍵更強(qiáng)的作用。
　　 鎂鋁水滑石限域空間中Cl-與H2O的超分子作用

4、研究：通過(guò)模擬簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)陰離子插層水滑石的微觀結(jié)構(gòu)，在層間加入不同個(gè)數(shù)的水分子，深入討論客體陰離子、層間水分子以及主體層板三者之間的相互作用、成鍵、氫鍵分布、電子性質(zhì)等。隨著水分子數(shù)的增加，LDHs-Cl-的層間距逐漸增大后趨于平衡。水合過(guò)程中氫鍵作用比靜電作用更占優(yōu)勢(shì)，Layer-Water型氫鍵要略強(qiáng)于Anoin-Water型氫鍵。當(dāng)n=1，2時(shí)，Cl-與水分子所在平面以平行層板的方式存在于LDHs層板間，并且與兩層板的距離基本相等；

5、當(dāng)n=3，4時(shí)，Cl-與水分子則以偏向某一層的方式隨機(jī)地存在于LDHs層板間。隨著層間水分子增加，LDHs-Cl-nH2O由離子型晶體向分子型晶體轉(zhuǎn)化，LDHs-Cl-的水合具有飽和量。
　　 層間水含量對(duì)插層水滑石力學(xué)特性的影響：通過(guò)模擬不同層間水含量的簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)陰離子插層水滑石體系，深入研究層間水分子含量對(duì)材料各個(gè)力學(xué)特性，如：彈性常數(shù)，切變模量，楊氏模量，泊松比等的影響。層間水分子含量（n）對(duì)材料的力學(xué)性質(zhì)有很大的影響。層間

6、水分子能提高體系總體的抗壓性能，當(dāng)n=1時(shí)，材料的抗壓性能最好；當(dāng)n=2時(shí)，材料抵抗剪切變形的能力最差，體系最柔軟。層間水分子對(duì)材料楊氏模量的影響較大，對(duì)泊松比的影響并不明顯。且層間水分子對(duì)材料橫向的力學(xué)性能起到平均化作用，最終使材料在x軸和y軸方向上的抗壓性能和膨脹率趨于一致。
　　 谷氨酸插層鋅鋁水滑石的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究：優(yōu)化模擬及確認(rèn)Glu-Zn3Al-LDHs功能材的超分子結(jié)構(gòu)和水合膨脹性能。當(dāng)Mw≤8時(shí)，Glu-LD

7、Hs體系的層間距dc保持基本恒定，當(dāng)Nw≥8時(shí)，層間距逐漸增大，符合dc=0.432Nw+8.837（8≤Nw≤52，R2=0.9983）線性方程。水合能逐漸增大，當(dāng)Nw=36時(shí)，趨于平衡，Glu-LDHs在水環(huán)境或濕度很高的條件下能夠持續(xù)吸水不會(huì)發(fā)生剝離。Glu-LDHs的水合過(guò)程如下：首先水分子同步與層板和陰離子形成氫鍵；當(dāng)陰離子趨于飽和后，水分子繼續(xù)與層板形成氫鍵，并逐步發(fā)生Layer-Water型氫鍵取代Layer-Anoin型