【摘 要】
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MOFs材料作为新型的有机-无机杂化多孔材料,由于其结构的多样性、高比表面积、发达的孔隙等特点,被广泛应用在吸附和分离、药物传输、催化等领域。富勒烯由于其独特的性质和潜在的应用价值,在化学、物理和材料等多个领域中均受到广泛关注。目前,已有MOFs材料吸附富勒烯的实验研究,由于MOFs材料含有金属且原子数目多,使用传统的密度泛函方法对MOFs材料与富勒烯之间的非共价相互作用进行理论研究,对理论方法和
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MOFs材料作为新型的有机-无机杂化多孔材料,由于其结构的多样性、高比表面积、发达的孔隙等特点,被广泛应用在吸附和分离、药物传输、催化等领域。富勒烯由于其独特的性质和潜在的应用价值,在化学、物理和材料等多个领域中均受到广泛关注。目前,已有MOFs材料吸附富勒烯的实验研究,由于MOFs材料含有金属且原子数目多,使用传统的密度泛函方法对MOFs材料与富勒烯之间的非共价相互作用进行理论研究,对理论方法和计算机性能都构成严峻的挑战,以至于迄今为止,未见系统的理论研究工作发表。本文使用Grimme近年来发展的GFN2-x TB方法,对IRMOF-1、IRMOF-8和IRMOF-10分别与富勒烯C60、C70和C80构建的初始结构进行结构优化和频率计算,得到能量极小的稳定复合物的几何结构并计算了结合能和热力学函数的值。通过分析热力学函数可以发现,复合物的形成过程是一个自发且放热的过程,富勒烯C60、C70和C80只有部分进入IRMOF-1和IRMOF-8框架时的结构比完全进入框架内的结构更稳定,而在IRMOF-10框架内且靠近框架的角落时,具有更稳定的结构。我们使用ωB97M-V/def2-SV（P）方法对稳定复合物进行ALMO-EDA能量分解分析,通过对ALMO-EDA结果的分析发现,复合物的非共价相互作用以色散相互作用为主导,静电相互作用次之。富勒烯C60、C70和C80位于IRMOF-1和IRMOF-8框架外到框架内的位置时,π…π相互作用逐渐增强,色散相互作用占总吸引作用能的比例相应增加,静电相互作用的比例相应降低;富勒烯C60、C70和C80位于IRMOF-10框架外到框架内的位置时,色散相互作用占比先增加后降低,静电相互作用占比先降低后增加;可能的原因是MOF框架SBU上氧的孤对电子与π的相互作用使得色散能占比降低,静电能占比增加。
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