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【Materials Studio】一种锌基配位聚合物吸附三氯酚的合成、吸附和DFT研究
1、研究背景
在我们生活的大千世界中，环境问题已然是与每一位人类息息相关。废水中的有机污染物通过自然以及人为活动（工业和农业）进入生态系统，其中含有对水环境甚至人类健康造成威胁和有害的诱变因子。在这些有机化合物中，酚类以及氯酚类化合物被广泛应用于生活中，即使含量甚微也会对人体造成危害，那么有效处理这些化合物对人体健康是非常有帮助的。
之前已有部分学者对酚类化合物做了研究，如离子交换、生物降解、吸附等。其中吸附效果成本低，效果好，被广泛应用于制作吸附剂。
作者在本文中主要研究了Zn(II)CP对2,4,6-三氯酚(TCP)溶液的吸附效率以及分析了TCP吸附的特性相互作用。
图1 2,4,6-三氯酚(TCP)的结构
2、密度泛函理论（DFT）的研究
作者通过BIOVIA Materials Studio 2018（MS2018）软件，先使用Forcite模块对模型进行了超高精度的几何优化；接着是DMol3模块，依据密度泛函理论，使用GGA-PBE泛函、DFT-D色散修正、及DNP极化基组对几何优化后的模型进行计算；另外使用溶剂效应（COSMO）模拟在介电常数为78.54水环境中的相互作用，得到结合能。
3、CP单胞与TCP的相互作用
在相同建模条件下，研究了不同PH环境关于TCP对CP单胞吸附的影响。
表1 吸附剂、吸附质、不同团簇的能量；以及结合能
图2 TCP在CP单胞(a)中性模型和(b)阴离子模型上的吸附
作者的研究结果表明，CP单胞和TCP结构之间，色散力、π-π键以及-OH的供电性特性对相互作用起着关键作用。之前已有相关研究表明酚类化合物和吸附剂之间的π-π相互作用有助于吸附。
中性体系的结合能为-14.81Ha，而去质子化（阴离子酚类）的体系结合能为-15.39Ha，略低于中性体系；结合实验数据显示TCP的吸附量也未增加。那么结果表明TCP中的-OH基团影响了两者的相互作用，且PH的电子特性影响更大一些。
4、总结
作者通过密度泛函理论，研究了TCP与CP在无水与有水环境的吸附过程，结果表明在π-π以及静电相互作用下，对两者的吸附过程有了一定的影响，且本研究为环境修复的应用提供了一种新的材料。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131274
