Materials Studio专栏 | 一种锌基配位聚合物吸附三氯酚的合成、吸附和DFT研究

在深入探索环境修复领域，特别是针对有机污染物吸附过程的研究中，Materials Studio软件凭借其强大的计算模拟能力，为科研人员提供了重要的技术支持。本次研究中，作者巧妙运用Materials Studio软件的Forcite和Dmol3模块，对Zn(II)CP与2,4,6-三氯酚(TCP)溶液的吸附效率进行了精确的模拟计算。通过超高精度的几何优化和基于密度泛函理论的计算，Materials Studio软件帮助我们揭示了CP单胞与TCP之间的相互作用机制，为理解吸附过程提供了坚实的理论基础。

DOI:https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2021.131274

在我们生活的大千世界中，环境问题已然是与每一位人类息息相关。废水中的有机污染物通过自然以及人为活动（工业和农业）进入生态系统，其中含有对水环境甚至人类健康造成威胁和有害的诱变因子。在这些有机化合物中，酚类以及氯酚类化合物被广泛应用于生活中，即使含量甚微也会对人体造成危害，那么有效处理这些化合物对人体健康是非常有帮助的。

之前已有部分学者对酚类化合物做了研究，如离子交换、生物降解、吸附等。其中吸附效果成本低，效果好，被广泛应用于制作吸附剂。

作者在本文中主要研究了Zn(II)CP对2,4,6-三氯酚(TCP)溶液的吸附效率以及分析了TCP吸附的特性相互作用。

作者通过Biovia Materials Studio 2018软件，先使用Forcite模块对模型进行了超高精度的几何优化；接着是Dmol3模块，依据密度泛函理论，使用GGA-PBE泛函、DFT-D色散修正、及DNP极化基组对几何优化后的模型进行计算；另外使用溶剂效应（COSMO）模拟在介电常数为78.54水环境中的相互作用，得到结合能。

在相同建模条件下，研究了不同PH环境关于TCP对CP单胞吸附的影响。

表1 吸附剂、吸附质、不同团簇的能量；以及结合能

图2 TCP在CP单胞(a)中性模型和(b)阴离子模型上的吸附

 作者的研究结果表明，CP单胞和TCP结构之间，色散力、π-π键以及-OH的供电性特性对相互作用起着关键作用。之前已有相关研究表明酚类化合物和吸附剂之间的π-π相互作用有助于吸附。

中性体系的结合能为-14.81Ha，而去质子化（阴离子酚类）的体系结合能为-15.39Ha，略低于中性体系；结合实验数据显示TCP的吸附量也未增加。那么结果表明TCP中的-OH基团影响了两者的相互作用，且PH的电子特性影响更大一些。

通过Materials Studio软件的深入应用，我们不仅对Zn(II)CP与TCP之间的吸附过程有了更为清晰的认识，而且发现了π-π相互作用和静电作用在吸附过程中的关键作用。

这一研究不仅丰富了我们对环境修复中吸附机制的理解，同时也为开发新型高效吸附材料提供了理论支持。Materials Studio软件在本次研究中的出色表现，再次证明了其在材料科学和环境科学领域中的重要地位，相信随着其功能的不断升级和完善，它将在未来的研究中发挥更加重要的作用。

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