Fe3+对全氟丁酸光催化降解的理论探究：UV-VIS光谱分析

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该篇论文《Fe3+对全氟丁酸降解反应影响的理论研究》(发表于2013年的《宝鸡文理学院学报(自然科学版)》,第33卷第2期)主要探讨了铁离子(Fe3+)在全氟丁酸(C3F7COOH)降解反应中的作用。作者通过对C3F7COOH、C3F7COO-以及[C3F7COO-Fe]2+这三种分子的结构优化，利用Gaussian09程序和密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d，p)方法进行了计算分析。论文的主要目标是通过理论计算方法研究Fe3+对全氟丁酸降解反应的影响，以期为实验上寻找更有效的全氟丁酸降解策略提供理论支持。通过计算得出的C3F7COOH、C3F7COO-和[C3F7COO-Fe]2+的优化结构，作者观察到了三个分子的UV-VIS光谱特性。光谱结果显示，随着结构中Fe3+的存在，强吸收峰的波长逐渐增加，吸收的光能量相应减少，吸收光强度显著降低。这一现象表明，Fe3+的存在促进了全氟丁酸在光催化条件下的降解。具体来说，Fe3+与C3F7COO-结合形成[C3F7COO-Fe]2+配合离子后，电子从基态跃迁到激发态所需的能量减少。这种能量的降低有利于光催化反应的进行，因为更低的能量阈值使得更多的光子能够引发反应。因此，Fe3+作为催化剂，对于全氟丁酸的降解起到了关键的加速作用。这篇论文的研究结果不仅提供了对全氟丁酸降解过程的新理解，还为寻找更高效、经济的全氟化合物处理方法提供了理论指导。同时，它也展示了理论计算在环境化学领域中，特别是在催化反应机理理解中的重要性。通过这种定量的理论分析，科研人员可以更好地设计和优化实验条件，推动全氟化合物的环保处理技术的发展。

宝鸡文理学院学报（自然科学版），第 33卷，第 2 期，第 29-33页，2013年 6 月

Journal of Baoji University of Arts and Sciences (Natural Science),Vol. 33,No. 2，pp. 29-33，Jun. 2013

DOI：CNKI：61-1290/N. 20130408. 1032. 001

http://www. cnki. net/kcms/detail/61. 1290. N. 20130408. 1032. 001. html

Fe3+对全氟丁酸降解反应影响的理论研究<

吴静 1，刘子忠，刘红霞1，刘东升2，葛湘巍2

(1 . 内蒙古师范大学化学与环境科学学院，内蒙古自治区绿色催化重点实验室，内蒙古呼和浩特0 1 0 0 2 2 ;

2 . 内蒙古师范大学计算机与信息工程学院，内蒙古呼和浩特0 1 0 0 2 2 )

摘要：目的从理论计算的角度来研究 Fe3+对全氟丁酸降解反应的影响，为寻找更有效的实验

降解方法提供理论依据。方法以全氟丁酸（PFBA)为研究对象，应用 Gaussian09程序，采用密度泛

函理论 B3 LYP/6-31 + G(d, p )方法对 C3 F7 COOH，C3 F7 COCT 及 [ C3 F7 COO-Fe] 2 + 进行几何构型优

化，对计算结果进行分析。结果得到 C3F7 COOH，C3F7 COO—及[C3 F7 COO-Fe]2+3 种优化结构的

UV -V IS光谱，其强吸收峰对应的吸收波长依次增大，吸收光能依次减小，吸收光强度依次明显降低，

表明 Fe3+可促进PFBA光催化降解。结论由于形成 [C3 F7 COO-Fe]2+配合离子，电子由基态到激发

态跃迁所需的激发能降低，故 Fe3+可促进PFBA光催化降解反应的发生。

关键词：全氟丁酸；密度泛函理论；催化光解；U V-VIS 光谱

中图分类号：0644. 14 文献标志码：A 文章编号：1007-1261(2013)02-0029-05

Theoretical study into the influence of Fe3+ on the

degradation reaction of perfluorobutyric acid

WU Jing1，LIU Zi-zhong1* ，LIU Hong-xia1 , LIU Dong-sheng2，GE Xiang-wei2

Cl. College of Chemistry and Environment Science，Inner Mongolia Key Laboratory of Green Catalysis,

Inner Mongolia Normal University, Hohhot 010022，Inner Mongolia, China；

2, College of Computer and Information Engineering,

Inner Mongolia Normal University» Hohhot 010022，Inner Mongolia, China)

Abstract ： Objective—To look for a theoretical basis for an effective experimental degradation

method by doing some studies into the influence of Fe3+ on perfluorobutyric acid (PFBA) degradation

reaction. Methods—Based on density functional theory B3LYP/6-31+ G(d, p )，the geometric config

uration of the C3 F?COOH, C3 F7 COO— and [C3 F7 C〇0-Fe]2+ have been optimized with the Gaussian

09 software package. Results—The UV-VIS spectrums of the optimized geometries of C3 F7 COOH,

C3 F7 COO- and [C3 F7 COO~Fe]2+ were calculated with TD B3LYP/6-31 + G(d> p) method. It is indi

cated that the absorption wavelength corresponding to the strong absorption peaks increases succes

sively and the absorption energy decreases gradually in the order of C3F7 COOH, C3 F7 COO~ and

[C3 F7 COO-Fe]2+，so Fe3+ can promote the degradation reaction of PFBA. Conclusion—Due to the

formation of complexing ion [C 3 F7 COO-Fe]2+，the excitation energy to transition electron from

ground state to excited state decreases, so Fe3+ can boost PFBA photocatalytic degradation.

* 收稿日期.,2013-03-18，修回日期：2013-04-01，网络出版时间：2013-04-08 10：32.

基金项目：国家自然科学基金（21063009);内蒙古自然科学基金（2012MS0218);

内蒙古人才基金资助和内蒙古师范大学研究生创新基金（CXJJS11046)资助项目

作者简介:吴静（1986-)，女，内蒙古鄂尔多斯人，硕士研究生，研究方向：理论化学.Email: she_168@163.com

通讯作者:刘子忠（1963-)，男，内蒙古鄂尔多斯人，教授，研究方向：理论化学.

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