金属氧化物对磷酸盐吸附的预测及分子机制

摘要

金属氧化物吸附剂由于其优异的性能和稳定性而成为有前景的磷酸盐去除材料。揭示纳米金属氧化物吸附磷酸盐的关键影响因素和吸附机制,对吸附磷酸盐金属基材料的设计至关重要.因此,本研究测定了32种金属氧化物的磷酸盐吸附量,通过ReliefF算法识别影响金属氧化物吸附磷酸盐的关键描述符,基于此建立了对磷酸盐吸附的预测模型,并采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)模拟了磷酸盐在6种典型金属氧化物表面的吸附。结果显示,金属氧化物的电负性和阳离子电荷是决定磷酸盐吸附的关键因素采用6种机器学习算法构建了可筛选高吸附量金属氧化物的预测模型,决策树模型的训练集和验证集的预测准确度超过90%.DFT计算结果表明,金属原子d轨道与磷酸基团氧原子p轨道的相互作用是决定金属原子和氧原子成键的关键,阐明了金属原子d轨道能级决定磷酸基团吸附能的新机制.本研究所建立的预测模型可为筛选吸附磷酸盐的金属基材料提供依据,DFT计算揭示的分子机制可为吸附剂的设计提供理论基础.