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三氟乙酸(TrifluoroaceticAcid,TFA)是一类新型的环境持久性污染物,引起社会各界的关注。目前常用的降解方法为高温热降解法和紫外光催化降解法,但实验条件较为严苛,能源消耗高,降解率和脱氟率都较低。Au团簇因其独特的物理和化学性质,被广泛地应用于催化反应和材料吸附和光吸收中。实验证明纳米Au团簇在光降解有机环境污染物方面,确实有着良好的催化作用。
本论文应用Gaussian03程序包密度泛函理论(DFT)中B3LYP方法,研究中性、阳离子和阴离子Au团簇Aun(n=1-5)与单重态TFA的吸附作用,在优化Au团簇吸附三氟乙酸结构基础上,用含时密度泛函理论(TDDFT)计算AunTFA团簇的紫外可见吸收光谱,对Au团簇在紫外可见光区催化降解三氟乙酸的可能性,进行深入的理论研究。
研究发现无论何种电性Au团簇,吸附TFA后,C-C和O-H键长增大,键减弱;C=O和C-O键长缩短,键增强。Au-H或Au-O成键,属于化学吸附;吸附能均为负值,是放热吸附。吸附后轨道能隙显著下降,光化学反应活性增强,AunTFA(n=1-5)的紫外吸收光谱比TFA发生明显红移,理论上Au团簇吸附有利于TFA在紫外可见光区发生催化降解反应;轨道跃迁分析表明,吸收紫外可见光后,电子发生跃迁,理论上可使TFA从C-C断裂分解。随着Au团簇尺寸的增大,对TFA的光催化作用减弱,n为1和2时催化效果较好,阳离子Au团簇催化效果比中性和阴离子Au团簇好。