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
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 冠醚 锂离子 硅 杂原子 吸附 吸附剂 计算化学
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 青海盐湖资源综合利用专栏
• 页码范围: 3149-3159
• 页数: 10页
• 分类号: O641
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20210027

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—SiMe2—SiMe2—和—CH2—SiMe2—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。