典型有机铝络合物形态结构及水交换反应的密度泛函研究

围绕"典型有机铝络合物形态结构及水交换反应的密度泛函研究"这一主题，从以下三个方面系统地开展研究工作：（1）建立统一规范的密度泛函DFT量子化学计算水溶液中有机铝络合物形态结构与谱学参数的研究方法，按照不同构型（顺反异构、手性异构、单齿-双齿-三齿配位以及5员/六员/7员环螯合结构）进行形态结构排布，DFT计算获得分子的结构参数、能量参数和谱学参数，确认最合理构型；（2）DFT研究典型有机铝络合物的水交换反应，通过DFT计算过渡态速率和传递系数来求取水交换反应速率kex，建立kex与<Al-OH2>键长的线性方程，探求kex同有机铝络合物的构型、热力学稳定常数和有机酸电离常数的内在关联；（3）实际应用问题探讨：以不同表面电荷的二聚铝为三水铝石模型化合物，研究典型有机酸的吸附机制，求取水交换反应速率kex和吸附速率，并进一步探讨不同有机铝络合物kex 同植物根茎生长抑制率之间的关联。

环境体系中有机铝配合物的研究是环境化学的重要前沿课题。水溶液中各种有机配体和天然有机酸对铝形态的影响以及铝离子的水交换反应研究有助于理解可溶性铝在地球环境表面溶解和迁移等一系列过程以及矿物的形成转化机制。围绕“典型有机铝络合物形态结构及水交换反应的密度泛函研究”这一核心关键科学问题，我们从以下三个方面开展了系统研究：（1）典型有机铝配合物形态结构及水交换反应的密度泛函理论DFT研究。系统研究了草酸铝、铝-水杨酸/磺基水杨酸、铝-甲基丙二酸/丙二酸、铝-乙酸、铝-麦牙酚和铝-8-羟基喹啉配合物等八种典型有机铝配合物的静态结构和动态水交换机制。 DFT研究成果也已被应用于经典Ferron比色法中不同Ferron浓度影响单核铝测定准确度的理论解释中；（2）模拟铝氧矿物表面结构特性、典型二聚铝-硫酸和二聚铝-水杨酸配合物的形态结构和水交换反应的密度泛函理论研究以及配体促进矿物溶解机制的探讨。研究了典型模拟铝氧矿物核连聚合铝Core-links Al13（C-Al13）结构和平面聚合铝Flat-Al13（F-Al13）的静态结构以及“平面型”十三聚合铝形态的水交换反应，对典型二聚铝-硫酸和二聚铝-水杨酸配合物的形态结构和水交换反应进行了系统研究，并从理论推导和实验探索两个方面进一步探讨了天然有机酸和典型有机配体促进矿物溶解反应的动力学机制；（3）水溶液中铝离子水交换机制基础研究的拓展。对水溶液中Al3+第三水化层的溶剂效应、不同配位数构型-不同位点的水交换反应过程、重组效应以及配体取代效应等进行了系统地理论探讨。现已发表基金项目论文6篇，其中SCI（E）论文5篇（ES&T、GCA和Dalton等），国内核心杂志论文1篇。另有3篇论文已经被国内核心杂志接受并将于2016年发表，1篇国内核心杂志论文已修改。