轻稀土离子水合物Re^(3+)(H_(2)O)_(n)(n=1~12,Re=La、Ce、Pr、Nd)的DFT研究

采用Material studio的DMol3模块研究了La^(3+)、Ce^(3+)、Pr^(3+)、Nd^(3+)四种离子的水合物Re^(3+)(H_(2)O)_(n)(n=1~12),分析了几何优化后的构型的几何结构、结合能、前线轨道、电荷、振动情况。结果表明:La^(3+)、Ce^(3+)、Pr^(3+)、Nd^(3+)四种轻稀土离子第一水化层的最小水合数分别为4、6、7、7;在相同水合数条件下,Re—O的平均键长大小顺序为La>Ce>Pr>Nd,Re^(3+)(H_(2)O)_(10)的Re—O平均键长约为2.6Å,轻稀土离子水合物的水化层半径约为3.22~3.59Å。轻稀土离子的水化反应为放热反应,当水分子配位数相同时,结合能大小顺序为La>Ce>Pr>Nd。电荷分析结果显示,水合反应过程中稀土离子得到电子,当第一水化层填满后,Re^(3+)(H_(2)O)_(n)性质逐渐趋于稳定,Re离子的电荷量在2e左右。前线轨道分析结果显示,不同于离子半径的变化,四种稀土离子自身的硬度大小顺序为La>Nd>P>Ce。模拟的La^(3+)(H_(2)O)_(n)的红外光谱显示,随着水分子数量的增加,V_(sym)和V_(asym)峰发生蓝移;当n大于10时,V_(sym)和V_(asym)峰不再发生蓝移,说明第一水化层外的水分子没有与La离子发生反应。