功能型离子液体协同吸收NH3和CO_(2)的密度泛函理论研究

摘要

离子液体(ILs)由于其独特的结构可调性,作为添加剂可有效抑制氨法碳捕集中NH_(3)的逃逸并同时促进CO_(2)的吸收。揭示其吸收NH_(3)和CO_(2)的作用机理对于构建特定的功能型ILs结构具有重要意义。本文采用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31'++G(d,p)基组水平下对设计的五种功能型ILs进行了结构优化、频率计算以及原子电荷分析,获得了优化后的结构参数、振动频率以及原子电荷等数据。在此基础上对ILs吸收CO_(2)和NH_(3)进行了相互作用分析。计算结果表明:[HEBim][His]的稳定性最好,经过BSSE校正后的相互作用能为-415.73 kJ·mol^(-1)。通过静电势和电荷分析找到了设计的ILs与气体作用的最佳位点:NH_(3)主要与ILs阳离子的羟基形成O—H…N型氢键,其中,[HEBim][His]吸收NH_(3)的能力最强,形成的氢键结合能为38.52 kJ·mol^(-1),具有较强的氢键作用;CO_(2)主要与阴离子中的氨基形成C—N…C型氢键,[HEBim][Ala]吸收CO_(2)的能力最强,形成的氢键结合能为10.15 kJ·mol^(-1),具有较弱的氢键作用。当ILs同时与NH_(3)和CO_(2)相互作用时,其吸收能力均有不同程度的下降,[HEBim][His]与[HEBim][Ala]的综合吸收效果最佳。