文档名：高岭石表面水化机理及电场弱化其吸附性能的分子模拟
摘要：高岭石是泥岩黏土矿物组成中的主要成分之一,其水理特性对分析高岭石类黏土矿物遇水工程性质劣化的研究至关重要,通过密度泛函理论和分子动力学模拟研究了高岭石表面水化机理及电化学作用对高岭石表面吸附性能的影响.结果表明:水分子在高岭石(001)晶面吸附时水中的Hw、Ow原子与高岭石表面羟基的Hs、Os原子间形成了Hw-Os及Hs-Ow两种类型的氢键,并且Hw-Os氢键作用较强;水分子与高岭石(001)晶面之间形成的氢键作用导致高岭石(001)晶面具有较强的亲水性质;外加电场对体系中水分子的平衡构象及吸附形态产生显著影响,当体系无电场时,水分子通过氢键与高岭石(001)晶面结合紧密,随着电场强度不断增加,水分子逐渐从高岭石表面脱附,以氢原子朝上、氧原子朝下的"V"字型结构向体相中扩散,水分子的偶极矩沿电场方向排列;随着水-高岭石体系中电场强度的增加,吸附体系中的氢键作用逐渐被破坏,水分子脱附能力增强,高岭石表面对水分子的吸附性降低.
Abstract：Kaoliniteisoneofthemaincomponentsinthecompositionofmudstoneclaymineralsanditshydrophysicalcharacteristicsareessentialfortheanalysisofthedeteriorationofengineeringpropertiesofkaolinite-likeclaymineralsincontactwithwater.Thesurfacehydrationmechanismofkaoliniteandtheinfluenceofelectrochemicaleffectsontheadsorptionpropertiesofkaolinitesurfacewereinvestigatedbydensityfunctionaltheoryandmoleculardynamicssimulation.Theresultsshowthatduringtheadsorptionofwatermoleculeonthesurfaceofkaolinite(001),twotypesofhydrogenbonds,Hw-OsandHs-Ow,areformedbetweentheHwandOwatomsinwaterandtheHsandOsatomsofthehydroxylgroupsonthesurfaceofkaolinite,andtheHw-Oshydrogenbondingisstronger.Thehydrogenbondingbetweenwatermoleculeandkaolinite(001)surfacere-sultsinstronghydrophilicityofthekaolinite(001)surface.Theappliedelectricfieldhasasignificanteffectontheequilibriumconformationandad-sorptionpatternofwatermoleculesinthesystem,whenthereisnoelectricfieldinthesystem,watermoleculesaretightlybondedtothekaolinite(001)surfacethroughhydrogenbonding,andwiththeincreasingstrengthoftheelectricfield,watermoleculesaregraduallydisassociatedfromthekaolinitesurfacetodiffuseintothebulkphaseina'V'structurewithhydrogenatomsfacingupandoxygenatomsfacingdown,andthedi-polemomentsofwatermoleculesarearrangedalongtheelectricfielddirection.Withtheincreaseofelectricfieldstrengthinthewater-kaolinitesystem,thehydrogenbondingintheadsorptionsystemisgraduallydestroyed,thedesorptionabilityofwatermoleculesisenhanced,andthead-sorptionofwatermoleculesonthekaolinitesurfaceisreduced.
作者：李天宇 柴肇云 杨泽前 辛子朋 孙浩程 闫珂Author：LITianyu CHAIZhaoyun YANGZeqian XINZipeng SUNHaocheng YANKe
作者单位：太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,太原030024
刊名：材料导报
Journal：MaterialsReports
年，卷(期)：2024, 38(1)
分类号：P574
关键词：高岭石 密度泛函理论 表面水化 分子动力学 电场 扩散
Keywords：kaolinite densityfunctionaltheory surfacehydration moleculardynamics electricfield diffusion
机标分类号：O641TQ015.9TB383
在线出版日期：2024年3月19日
基金项目：高岭石表面水化机理及电场弱化其吸附性能的分子模拟[
期刊论文] 材料导报--2024, 38(1)李天宇 柴肇云 杨泽前 辛子朋 孙浩程 闫珂高岭石是泥岩黏土矿物组成中的主要成分之一,其水理特性对分析高岭石类黏土矿物遇水工程性质劣化的研究至关重要,通过密度泛函理论和分子动力学模拟研究了高岭石表面水化机理及电化学作用对高岭石表面吸附性能的影响.结...参考文献和引证文献
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引证文献
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