物理性质差异的相互作用导致镧系阳离子分离挑战——基于第一性原理分子动力学与实验的研究
材料科学
2021-07-14 v1 化学物理
摘要
镧系元素在其化学行为上具有充分记载的相似性，这使得有价值的三价镧系阳离子（Ln(III)）特别难以在水中彼此分离。本工作中，我们应用第一性原理分子动力学模拟，比较在存在 SiO- 基团的 pH 条件下镧系阳离子吸附到二氧化硅表面的自由能（Delta G(ads)）。对镥（Lu(III)）和铕（Eu(III)）预测的 Delta G(ads) 在统计不确定度内相似；这与我们在二氧化硅上的批量吸附测量在定性上一致。这一发现引人注目，因为这两种阳离子具有相差 >2 eV 的水合自由能（Delta G(hyd)）、不同的水合数，以及在远离二氧化硅表面时不同的水解行为。我们观察到，Lu(III) 和 Eu(III) 的 Delta G(ads) 相似性源于 Eu(III) 与 Lu(III) 水合（Delta G(hyd)）差异及其与二氧化硅结合能差异之间的精细抵消。我们提出，在吸附或完全脱附镧系元素这两个端点处破坏此抵消（例如通过纳米限域或混合溶剂），将实现有效的 Ln 分离。
引用
@article{arxiv.2107.01265,
title = {Interplay of Physically Different Properties Leading to Challenges in Separating Lanthanide Cations -- an Ab Initio Molecular Dynamics and Experimental Study},
author = {Kevin Leung and Anastasia G. Ilgen and Louise J. Criscenti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2107.01265},
year = {2021}
}
备注
21 pages, 6 figures