掺杂和铵化TiO2去除废水中镉离子的平衡、热力学和密度泛函模型的理论研究
化学与生命科学学院刘红霞副教授采用密度泛函理论的第一性原理计算方法。分析了Cd(II)离子在(TiO2)3团簇、掺杂非金属原子(C、N)的(TiO2)3团簇、掺杂金属原子(Fe、Co、Ni)的(TiO2)3团簇和吸附氨基的(TiO2)3团簇上的吸附行为。结果表明，Cd(II)离子在非金属掺杂团簇表面的吸附效果较差，两者之间的吸附能和电荷转移较低，说明Cd离子与非金属掺杂团簇之间的物理吸附仅为。然而，通过金属掺杂团簇和氨基吸附团簇可以增强(TiO2)3团簇与Cd离子之间的相互作用。吸附能和电荷转移计算表明，掺杂金属与氨基团簇和Cd离子之间的吸附能和电荷转移显著增加。态密度分析表明Cd离子与金属掺杂和氨基吸附团簇发生了杂化，证实了Cd离子与金属掺杂和氨基吸附团簇之间形成了化学键。同时，前线轨道分析表明(见图1)，吸附Cd离子后，金属掺杂和氨基吸附团簇的能隙明显减小，材料的电导率提高。
进一步的对比分析表明，掺杂金属时(TiO2)3簇对Cd离子的吸附效果最好。这些结果表明，金属掺杂和氨基吸附的(TiO2)3簇可以作为吸附和检测Cd离子的敏感材料。
相关成果发表在Eur. Phys. J. Plus上，
https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-05503-6
