Investigation of the Structural and Acidic Properties of Bulk Offretite Using First Principles Molecular Dynamics

Abstract

Local density functional theory within the framework of the Car-Parrinello molecular dynamics method has been used to study the structural parameters and the energetics of the zeolite offretite, when a Si⁴⁺ ion is substituted by (Al^3+,H⁺). The calculations have been performed for a bulk system made of a periodically repeated unit cell with 54 atoms and a proton. In agreement with previous cluster calculations, it is concluded that the sites with the lowest (Al,H)/Si substitution energies are also those with the largest proton affinities. In addition, a previously reported correlation between site acidity and Al-O-Si bond angles is confirmed.

Résumé

La théorie de la fonctionnelle locale de la densité, dans sa version connue sous le nom de méthode de dynamique moléculaire Car-Parrinello, a été utilisée afin d’étudier les paramètres structuraux et énergétiques de la zéolite offrétite après substitution d’un ion Si⁴⁺ par (Al³⁺, H⁺). Les calculs ont été effectués sur un modèle du système solide comprenant la maille élémentaire formée de 54 atomes et d’un proton, avec des conditions aux limites introduisant la périodicité du système. En accord avec des calculs antérieurs effectués sur des agrégats, il a été établi que les sites présentant les énergies de substitution (Al,H)/Si les plus basses sont également ceux de plus grande affinité protonique. En outre, une corrélation obtenue précédemment entre I’acidité des sites et la valeur des angles Al-O-Si a été confirmée.