離子液體是由氫鍵供體(HBDs)和氫鍵受體(HBAs)按照一定比例混和組成的低共熔混合物，常溫下呈液態。氯化膽堿由于其價格低廉、來源廣泛、可生物降解等特點成為了最常用的氫鍵受體之一，形成了一系列膽堿類離子液體。在吸收有害氣體、生物質催化轉化、電沉積、功能材料制備等工業領域已經得到廣泛應用。

因此，本文以氯化膽堿離子對為模型，在量子力學基礎上系統的研究氯化膽堿離子對之間的的電子轉移和成鍵情況，從而為這種以氫鍵相結合的膽堿類離子液體更廣范應用提供理論依據。在Material Studio 2019軟件包下的Dmol3模塊計算氯化膽堿離子對模型，計算參數為GGA廣義梯度近似和BLYP泛函方法，在計算精度為Medium的基礎上選擇DND 4.4基組，體系總能量收斂值取 2.0X10-5eV/atom。計算的能量通過基組重疊誤差(Basis Set Superposition Errors，BSSE)進行校正。首先，通過Visualizer面板畫出氯化膽堿離子對模型（圖左），然后用Dmol3模塊進行優化計算，得到能量最低構型（圖右）。然后計算其前線分子軌道、態密度等電子性質。

計算面板

分析面板

       

優化前                              優化后

氯化膽堿離子對

Ch+ HOMO軌道         Ch+ LUMO軌道       Cl- HOMO軌道        Cl- LUMO軌道

根據前線分子軌道理論，參加反應的兩種物質的最高占據軌道（HOMO）和最低空軌道（LUMO）能量越接近，越容易發生反應。通過計算ΔE獲得具體數值，其中ΔE＝|LUMO－HOMO|，ΔE越小，越容易發生HOMO→LUMO的電子轉移，相互作用越強，獲得的產物越穩定。通過計算發現膽堿陽離子的LUMO軌道與氯離子的HOMO軌道之間ΔＥ更小，而且兩個數值更接近，這說明了在氯化膽堿成鍵過程中的電子是由氯離子向膽堿陽離子轉移的。

（a）總態密度圖                （b）分波態密度              （c）游離態分波態密度

由圖（a）可知Chcl的最高占據態為-1~0.5Ha，在這一范圍內膽堿陽離子比氯離子貢獻較多，主要是由于膽堿陽離子內存在四個氫鍵供體，而氯離子只是一個氫鍵受體。通過圖3(b)可以看出氯離子與氧、碳原子發生強烈共振,在最高占據態內是由Cl-3s、Cl-3p、O2s、O2p、C22s、C22p、C42s、C42p、C52s、C52p貢獻，其中Cl-3p、O2p、C22p、C42p、C52p占主導地位，說明形成的p-p雜化軌道是陰陽離子間電子轉移的主要通道。同時通過對比圖 (b)、(c)，可以出氯化膽堿中的各個軌道向低能方向移動程度比較小，再次證明了形成的多重氫鍵鍵能較弱。

最后，有相關需求歡迎通過公眾號聯系我們。

公眾號：320科技工作室