低阶煤中氢键作用的色散校正密度泛函理论研究

摘要

本研究以苯酚…苯酚、苯酚…苯、苯酚…二苯醚、苯酚…喹啉和苯甲酸…苯甲酸为对象,采用色散校正的密度泛函理论分别研究褐煤中自缔合OH、OH-π、OH-醚O、OH-N和COOH-COOH之间形成的氢键.此外,还研究了氢键供体中取代基(CH3-、CH3 O-、OH-、NH2-、COOH-和NO2-)对氢键的影响.对上述复合物进行了几何优化,并计算了能量、Mulliken电荷分布及振动频率.从优化的结构中可以看出上述复合物之间都存在氢键,所有复合物中O-H键键长都比苯酚中自由羟基的长,这表明这些复合物之间存在相互作用.其中,羧酸…羧酸复合物中O-H键的键长最长.此外,通过Mulliken电荷分布可看出上述复合物之间存在电荷转移.基于振动频率分析,所有的O-H键伸缩振动都发生了红移,尤其是羧酸…羧酸和苯酚…喹啉复合物,这可为煤中羟基振动的红外光谱分析提供依据.根据键能不同氢键强度按以下顺序依次递减:COOH-COOH>OH-N>自缔合OH≈OH-醚O>OH-π,这与振动频率的分析结果一致.此外,不同取代基对氢键作用的影响不同.