リン酸アルミニウム・ゼオライトの親水性に関する非経験的量子化学計算による研究

从头算量子化学计算磷酸铝沸石亲水性研究

• 批准号: 07750914
• 负责人: 北尾 修
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07750914/
• 关键词: リン酸アルミニウム; ゼオライト; 親水性; 非経験的量子化学計算; エネルギー分割法

リン酸アルミニウム・ゼオライト(以後AlPO)はAlO_4とPO_4四面体が頂点を共有しながら交互に3次元で連結した新規のモレキュラー・シ-ブであり欠陥の無い網目構造を持つ。疎水的な高シリカゼオライトと同様な構造・電荷分布であるにも拘らず親水性を示すことがAlPOの特徴である。本課題では非経験的量子化学計算法を用いてAlPOの親水性を解明することを試みた。具体的にはAlPOの一つであるVPI-5を取り上げた。X線で確認されているVPI-5の構造から構成したクラスター・モデルAlPO_4と水分子の相互作用エネルギーをRHF/6-31G^*レベルの量子化学計算で取り扱った。その際counter-poise法を採用し相互作用エネルギーの基底関数への依存性を無くす工夫を行なった。4つのモデルのうち水和VPI-5の4員酸素環同士の交点にあるAl位置に由来するモデルのみが25kcal/mol以上の相互作用エネルギーを示したが、他のモデルは全く水分子を吸着しなかった。構造に大きく依存する親水性の理由を説明するためにAlPO_4-水分子系の相互作用をエネルギー分割法により調べ、次のことを明らかにした。(1)通常のAl部位ではAl周囲の酸素原子と水の酸素原子間に働く電子交換相互作用で水の接近を妨げている。(2)水和VPI-5の4員酸素環同士の交点位置のような特定のAl部位では、静電的相互作用が電子交換相互作用に打ち勝ち水は吸着される。電荷移動相互作用項は小さいが、結果としてAl部位はLewis酸として水を吸着することができる。以上の結論はVPI-5というAlPOの1種に基づいたものであるが一般のAlPOの親水性を説明すると考えられる。

AlPO tetrahedra AlO_4 PO_4 tetrahedra share vertices and interact with each other in 3-D links. AlPO tetrahedra share vertices and mesh structures. The characteristics of AlPO are as follows: In this paper, quantum chemistry calculation method is used to study the hydrophilicity of AlPO. Specific X-ray examination confirmed that the structure of VPI-5 was composed of AlPO_4 and the interaction between water molecules. The quantum chemical calculation of RHF/6-31G was carried out. The inter-modal counter-poise method is implemented without any time for interaction and dependence of the substrate. The interaction between the 4-membered ring and the 4-membered ring of VPI-5 is more than 25kcal/mol. The interaction between the 4-membered ring and the 4-membered ring is more than 25kcal/mol. The reason why the structure depends on the hydrophilicity is explained. The interaction of AlPO_4-water molecular system is discussed in detail. (1)Usually, the Al site is the acid atom of Al and the acid atom of water, and the electron exchange interaction is the proximity of water. (2)Intersection positions of water and VPI-5 4-membered ring molecules are determined by specific Al sites, electrostatic interactions, electron exchange interactions, and water sorption. The charge transfer interaction term is small, resulting in the adsorption of Lewis acid and water at the Al site. The above conclusions are based on the investigation of the hydrophilicity of AlPO.