轻稀土离子水合物Re~(3+)(H_2O)_n(n=1～12,Re=La、Ce、Pr、Nd)的DFT研究

作者：欧家才; 张天锡; 黄李金鸿; 吴伯增; 黄万抚^*

来源：中国有色金属学报, 2022, 32(01): 206-217.

• 稀土
• 离子水合物
• 密度泛函
• Material studio

采用Material studio的DMol3模块研究了La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+四种离子的水合物Re3+(H2O)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：La3+、Ce3+、Pr3+、Nd3+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,Re3+(H2O)10的Re—O平均键长约为2.6?，轻稀土离子水合物的水化层半径约为3.22～3.59?。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，Re3+(H2O)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La3+(H2O)n的红外光谱显示，随着水分子数量的增加，Vsym和Vasym峰发生蓝移；当n大于10时，Vsym和Vasym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。

• 出版日期2022
• 单位中国矿业大学（北京）; 江西理工大学