Zn-MOF-74负载离子液体的结构稳定性和吸附性能研究

离子液体(ILs)作为一种新型绿色溶剂应用广泛,以多孔材料MOFs作为支撑体负载ILs,不仅有望降低ILs的高粘性,而且有助于提高材料的吸附分离能力,但要如何选择适合MOFs体系来负载ILs是一个难点。本文采用密度泛函理论(DFT),利用VASP和Gaussian 09程序对负载[Emim][BF4]的Zn-MOF-74的结构稳定性进行系统研究,从几何结构、电荷分析、相互作用等方面将Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系与[Emim][BF4]和Zn-MOF-74比较分析。计算结果表明,负载[Emim][BF4]的Zn-MOF-74体系中,IL的阴离子与Zn-MOF-74的开放金属位点Zn发生强相互作用,Zn、F1原子之间因库仑力成键,造成了MOF-74配位构型的改变。IL的负载扰乱了Zn-MOF-74结构的对称性,增强了离子间相互作用。Zn-MOF-74@[Emim][BF4]复合体系形变过程伴随着电荷转移,其吸附能为-1.032e V,绘制的差分电荷以及相互作用图验证MOF和IL之间发生了化学吸附。本文还进一步探讨了负载ILs的Zn-MOF-74吸附能力,研究CO2在复合体系中吸附的作用机制。

气态二聚体[C_(1～6)mim]_2[BF_4]_2纳米微观结构的理论研究

在B3LYP/6-311+G(d,p)的水平上采用密度泛函理论研究了[C_nmim]+(n=1~6)与[BF_4]~ˉ形成二聚体[C_nmim]_2[BF_4]_2(n=1~6)的微观纳米结构。通过理论计算二聚体的相互作用能量发现,阴阳离子之间存在较强的氢键作用,且随着咪唑鎓烷基链的增加相互作用能也随之增加,另外,烷基侧链的长度会影响氢键强度。当咪唑鎓烷基侧链中C的个数大于4时,烷基尾部能够发生聚合,从而形成类胶束纳米结构。通过对自然布居分析、自然键轨道以及弱相互作用的分析和计算,同样证明了二聚体中存在较强的氢键作用,烷基侧链中碳的个数影响了离子液体的微观结构。