硅杂原子提升冠醚对锂离子络合能力的机理理论研究

作     者：梁苏卓成 姬国勋 孙新利 王波 张仕通 代星 LIANG-SU Zhuocheng;JI Guoxun;SUN Xinli;WANG Bo;ZHANG Shitong;DAI Xing

作者机构：西安高科技研究所陕西西安710025 苏州大学放射医学与辐射防护国家重点实验室放射医学及交叉学科研究院江苏省高校放射医学协同创新中心江苏苏州215123 东北电力大学理学院吉林省吉林市132012 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2021年第72卷第6期

页      面：3149-3159页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(22076219,21906116) 吉林省优秀青年人才基金项目(20180520172JH) 

主　　题：冠醚 锂离子 硅 杂原子 吸附 吸附剂 计算化学 

摘      要：将Si引入冠醚有希望大幅度提升其对阳离子的络合能力,但其中的调控机理尚不清晰。基于量子化学密度泛函理论计算,以12-冠-4、1,1-2甲基-1-硅杂12-冠-4、1,1,2,2-4甲基-1,2-2硅杂12-冠-4、1,1,2,2,4,4,5,5-8甲基-1,2,4,5-4硅杂12-冠-4和1,1,2,2,7,7,8,8-8甲基-1,2,7,8-4硅杂12-冠-4络合Li+为计算模型,探究了冠醚与Li^(+)之间的相互作用机理。结果表明,由于O-Li+配位键的键长增加,掺杂Si的数量为2和4的Si杂12-冠-4对Li+的共价相互作用略弱,但静电相互作用和色散相互作用更强、Pauli排斥作用更小,最终导致所有Si杂12-冠-4对Li+的络合能力都比12-冠-4更强。上述有利因素源于Si-O键中Si的电子显著向O极化,同时,Si杂12-冠-4中-SiMe_(2)-SiMe_(2)-和-CH_(2)-SiMe_(2)-单元远离Li^(+),有效避免了Si-Li^(+)之间的静电排斥。揭示的冠醚-Li+相互作用机理将为未来设计与合成杂原子冠醚提供理论指导。