X射线及中子散射在溶液结构研究中的应用

X射线和中子散射是互补的液态结构研究的有效方法。通过数据解析可提取偏径向分布函数(PDF)、配位数分布(CN)、角分布(ADF)及空间密度分布(SDF)等,从而给出溶液在原子层次上的三维结构信息。介绍了利用X射线和中子散射研究溶液结构的实验及数据解析方法,回顾了近些年研究团队利用该方法在纯水结构、硼酸盐水溶液结构及溶液中"二氢键"等研究中的应用。简述了X射线及中子散射在溶液结构研究中存在的问题,并展望了上述方法在溶液结构研究中的发展方向。     

溶液结构的X射线衍射研究—1实验技术

本文介绍了Ｘ射线衍射法测定液体结构的一些实验技术，包括光源波长和稳定性、单色Ｘ射线的获得、测量条件的选择、实验数据的校正等。     

电解质水溶液的结构

本文叙述了盐湖中主要离子Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｃｌ－、ＳＯ＿４￣２－、ＮＯ＿３和纯水的结构，介绍了主要研究方法Ｘ射线衍射．分析了溶液结构研究历史和现状，对溶液结构研究的未来进行了展望．     

溶液结构的X射线衍射研究：4.粉末衍射仪精确测定溶液结构的新方法

本文叙述了用θ－２０型Ｘ射线衍射仪精确测定电解质溶液结构的新的实验技术，设计制作具有恒温功能的超厚液体样品池，并建立了样品池窗口强度的校正方法。建立在Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ和Ｙｕａｍａｇｕｃｈｉ工作基础上，发展了液体Ｘ射衍射数据处理和结构参数精细化的计算机程序，获得了非常令人满意的实验结果。由θ－２０型Ｘ射线衍射仪精确测定的径向分布函数与θ－２０型衍射自由表面散射比较，表明ＤＲＦ分辩率有所提高。     

硼酸盐水溶液结构及研究方法

硼酸盐水溶液中多聚硼酸盐阴离子的分布及其平衡十分复杂。综述了水溶液中硼酸盐的主要存在形式、化学平衡及其研究方法。重点介绍和评价了离子交换、电导/电势滴定、11B核磁共振(11B NMR)、红外(IR)、拉曼光谱(Raman)、质谱(MS)等方法及其研究结论。对硼酸盐溶液结构研究的新方法如计算机模拟和衍射法,尤其是X射线衍射法(XRD)进行了介绍和展望。     

X射线衍射在盐湖研究中的应用

对X射线衍射仪的工作原理、物相定性、定量分析方法进行了扼要介绍,同时详细论述了X射线衍射仪在盐湖地质(盐类矿物、盐湖粘土矿物、盐湖沉积矿物与古气候古环境关系)、盐湖化工(镁水泥、锂离子电池和晶须材料)和水盐体系相图研究中的应用。     

不同浓度Li2SO4水溶液结构的X射线衍射研究

用θ～ 2θ型粉末衍射仪反射法精确测量了不同浓度的Li2 SO4水溶液的衍射数据 ,通过数据处理给出了溶液的结构函数和径向分布函数 ,由几何结构模型的最小二乘法精修 ,得到了溶液中阳离子和阴离子第一、二水合层的结构参数。     

不同浓度Li2S04水溶液结构的X射线衍射研究

用θ—2θ型粉末衍射仪反射法精确测量了不同浓度的Li2SO4水溶液的衍射数据，通过数据处理给出了溶液的结构函数和径向分布函数，由几何结构模型的最小二乘法精修，得到了溶液中阳离子和阴离子第一、二水合层的结构参数。     

溶液结构研究发展策略浅议

溶液结构被定义为研究溶液中溶剂化物种的微观结构及其与宏观性质之间关系的科学。简单叙述了其研究对象和研究方法,详尽阐述了其科学意义,介绍了其研究现状以及主要进展,并讨论了其研究策略。     

NH4Cl水溶液的结构和物性研究

通过密度泛函理论(DFT)计算、拉曼光谱和同步辐射X射线散射法,研究了质量分数为1.0%～28.0%的NH₄Cl水溶液的微观结构。在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由DFT计算和拉曼光谱结果可知,当溶质浓度升高至10.0%时,在2 900 cm^-1和3 100 cm^-1附近出现了明显的N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH₄Cl水溶液中的DDAA型氢键转变为DA和DAA型氢键。X射线散射结果表明,当NH₄Cl水溶液质量分数升高至10.0%时,差值对分布函数G(r)在0.298 nm附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH₄⁺-Cl^-接触离子对开始成为主要微观作用形式。NH₄Cl水溶液的粘度、接触角和电导率均随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加而增大。NH₄Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH₄     

四水硝酸钙熔盐的结构研究

用θ~θ液体衍射仪精确测量了Ca(NO3)2.4H2O熔体的X射线衍射数据,通过数据处理给出了熔盐的结构函数和实验径向分布函数曲线,并由r=0.618λ/sinθ对结构函数曲线进行了定性描述;通过理论模型计算获得了熔体配位结构参数。研究结果表明,熔体中至少存在一种带单氧桥键或双氧桥键的双核配合物;并用计算给出的局域结构模型,讨论了熔体结构对晶体生长过程的影响。     

θ—2θ型粉末衍射仪研究溶液水合结构新进展

介绍了近年来研究开发的０－２０型粉末衍射仪研究溶液结构的实验测量方法，衍射强度数据处理技术，以及多原子离子水溶液体系水合结构研究的最新进展。叙述了定性解释液体衍射强度曲线和结构曲线黄金规则的经验公式。     

盐湖提锂尾液中锂回收的吸附试验研究

从高镁锂比盐湖提锂生产尾液中回收锂,可实现锂资源高效回收利用,对企业经济效益的提高具有重要意义。以东台吉乃尔盐湖提锂尾液为原料,系统性研究了铝系层状锂吸附剂JW-LAHS对提锂尾液中锂的静态、动态吸附和解吸过程。结果表明,吸附剂的静态吸附容量为7.3 mg/g,镁锂分离因子为27.98;最佳动态吸附条件为床层高度24.8 cm,进料流速3.5 mL/min,此时穿透时间为22.0 min,Li⁺ 吸附率大于95%,饱和时间为210 min,饱和吸附容量达到5.5 mg/g,表明锂吸附剂适合从高镁锂比提锂尾液中回收锂。BDST模型能够准确预测床层穿透时间,误差小于8.61%。使用去离子水进行解吸,增大解吸流速能够加速Li⁺脱出,但对Mg²⁺ 的解吸无明显影响。解吸流速为4.6 mL/min,解吸360 min时,Li⁺ 解吸率为83.25%,总解吸液的镁锂比值为0.7,仅为提锂尾液(80)的0.88%。循环20次后吸附容量仍能保持原来的82%以上,表明锂吸附剂循环稳定性良好。     

Li2SO4溶液中离子间的缔合相互作用:基于密度泛函理论和分子动力学模拟的研究

基于密度泛函理论,使用B3LYP/aVDZ方法对[Li_2SO_4(H_2O)_n]~0(n=0~10、18)水合团簇的结构和性质进行了系统地研究,并结合Car-Parrinello分子动力学(CPMD)模拟了不同浓度的Li_2SO_4溶液结构,目的在于理解在Li_2SO_4溶液中离子间缔合相互作用及可能存在的物种。研究发现,对于[Li_2SO_4(H_2O)_n]~0(n=0~10、18)水合团簇,双配位单齿螯合接触离子对结构比双配位双齿螯合接触离子对结构更稳定,溶剂共享离子对结构最不稳定。同时,CPMD模拟结果表明,在3.09和3.17 mol/kg的Li_2SO_4溶液中,双配位单齿螯合接触离子对结构仍然是主要物种。以上结果表明在饱和的Li_2SO_4溶液(3.16 mol/kg)中,Li~+和SO_4~(2-)离子间的相互缔合作用主要以双配位单齿螯合接触离子对结构的物种存在,而具有双配位双齿螯合离子对结构的物种占少数,溶剂共享离子对结构几乎不存在。     

溶液结构的X射线衍射研究──4.用粉末衍射仪精确测定溶液结构的新方法

本文叙述了用θ—2θ型X射线衍射仪精确测定电解质溶液结构的新的实验技术，设计制作了具有恒温功能的超厚液体样品池，并建立了样品池窗口强度的校正方法。建立在Johansson和Yamaguchi工作基础上，发展了液体X射线衍射数据处理和结构参数精细化的计算机程序，获得了非常令人满意的实验结果。由θ－2θ型X射线衍射仪精确测定的径向分布函数与θ－θ型衍射自由表面散射比较，表明DRF分辩率有所提高。     

NH4Cl水溶液的微观结构和宏观物性研究

通过拉曼光谱、同步辐射X射线散射和密度泛函理论(DFT)模拟,研究了质量分数为1.0 %-28.0 %的NH₄Cl水溶液的微观结构变化。同时在室温下测量了粘度、接触角和电导率。由拉曼光谱和密度泛函理论模拟结果可知,当溶质浓度升高至10.0 %时,在2900 cm_-1^和3100 cm_-1^{附近出现了明显的}N-H作用峰,且随着质量分数的升高,NH₄Cl水溶液中的氢键类型发生了转变。X射线散射结果表明,当NH₄Cl水溶液质量分数升高至10.0 %时,差值对分布函数G(r)在2.98 ?附近出现明显双峰,表明在该浓度下溶液中NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对开始成为主要微观作用形式。对}NH₄Cl水溶液的宏观物性研究表明,粘度、接触角和电导率均随着NH₄Cl水溶液质量分数的增加而增大。作者推断,NH₄Cl水溶液中氢键类型的转变、O-H...N键占比增多以及逐渐增加的NH₄₊^-Cl_-^{接触离子对},是粘度和接触角随溶质浓度增加而增加的微观本质因素;电导率的增加与溶液中有效导电离子数量增加有关。