基于密度泛函理论的锂辉石晶体结构及(110)面表面化学基因特性研究

基于第一性原理,利用Material Studio软件的CASTEP模块,对锂辉石晶体的布居、能带、态密度进行了分析,结果表明,锂辉石为绝缘体,其最有可能的荷正电的活性位点为Li、Al、Si,荷负电的活性位点为O。对优化后的锂辉石(110)面的表面能、弛豫、布居、态密度和差分电荷密度进行了分析。结果表明,所构建的锂辉石表面的表面能为0.342 9 J/m2,该表面在Z轴方向的弛豫相对明显,其次是X轴方向,Y轴方向的弛豫相对较弱。锂辉石表面的布居分析表明优化后的锂辉石(110)面表层原子价电子构型、布居、键长等均发生了变化。态密度分析结果表明(110)面表层的6个O活性不同,其在费米能级附近的态密度贡献大小为:O1>O2>O3≈O6>O5>O4。因此,O1是锂辉石表面活性最高的原子,其次是O2。差分电荷密度图也表明锂辉石表面缺电子位点和多电子位点交替出现,但得失电子程度不同,因此各原子表现出不同的化学活性。根据矿物基因特性,预测锂辉石容易与含-COOH、-CONHOH、-OSO2H等易于与Al发生化学反应官能团的阴离子捕收剂作用,但捕收性能可能不佳;预测阳离子捕收剂如胺类捕收剂以及金属离子活化剂如Ca2+等,可吸附于锂辉石表面,产生较好的捕收能力和活化能力。

锂辉石表面环烷酸吸附行为的量子化学

采用量子化学计算、红外光谱分析研究了环烷酸在锂辉石表面的吸附行为。通过计算表面能选取锂辉石(110)面为最佳解理面,并构建了无虚频的稳定环烷酸分子模型,运用分子动力学模拟得到环烷酸与锂辉石(110)面的最佳吸附构型。对最优吸附构型进行了量子化学计算,研究了其结构、电荷分布、差分电荷密度以及态密度等。结果表明:锂辉石(110)面吸附环烷酸分子后表面原子都向锂辉石内部弛豫,环烷酸吸附后的构型发生明显的变化,其羰基氧原子负电性得到增强,非羰基原子的负电性得到削弱,环烷酸与锂辉石的作用是通过羰基氧原子实现的。环烷酸与锂辉石吸附后,锂辉石(110)面的电子云重新分配,氧原子的电荷云密度增强并向周围区域发散开来,环烷酸整体态密度峰左移且费米能级附近的态密度峰由价带变为导带,体系趋向于稳定存在。红外光谱分析进一步表明:环烷酸在锂辉石表面吸附是物理吸附作用。