田阳, 郭其景, 杨华春, 刘海霞, 薛峰峰, 易浩, 宋少先

高等学校化学学报 2025, 46 (12): 20250189-. DOI:10.7503/cjcu20250189

摘要（241）

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针对电子级氢氟酸中痕量杂质反应机理不明晰的问题, 以氟锰酸盐类金属络合物为研究对象, 通过密度泛函理论(DFT)计算, 研究了氢氟酸体系中痕量杂质Mn与其它金属杂质离子(以Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺为典型的一、二、三价杂质离子)的反应路径, 结合静电荷分布、差分电荷密度及结合能计算等手段, 揭示了反应产物(AlMnF₈, CaMnF₆, NaMnF₆)的稳定性及其与氢氟酸(HF)分离的潜力. 结果表明, Al³⁺与Mn反应生成的AlMnF₈具有最低的体系总能量(-30.878 eV), 结构最稳定; 对结合能的分析进一步证实, AlMnF₈与HF的结合能绝对值(0.488 eV)低于NaMnF₆(0.758 eV)和CaMnF₆(0.798 eV), 表明其在HF溶液中更易通过物理分离方式脱除. 为电子级氢氟酸中痕量锰络合物的高效去除提供了理论依据.

产物稳定性通过体系总能量来评估. 基于Dmol3计算得到各产物总能量，以初始反应物能量为基准，获得各阶段产物的相对总能量. 相对总能量越低，说明产物结构越稳定. 结合图10（A）和（B），对于XMnF₆和XMnF₈型产物，在相同反应条件下， Al—Mn体系产物的相对能量最低（AlMnF₆： -27.226 eV； AlMnF₈： -30.878 eV），表现出最优的结构稳定性；而Na—Mn体系的相对能量最高（NaMnF₆： -21.622 eV ），其结构稳定性最差. 结合ΔG的分析结果可见，在终产物NaMnF₆， CaMnF₆和AlMnF₈中， AlMnF₈不仅最易形成（|ΔG|最大），而且具有最佳的热力学稳定性（相对能量最低）.