不同价态Fe在煤系高岭石中晶格取代的DFT研究

论文摘要

为探索不同价态Fe在高岭石中晶格取代的形式及其对高岭石界面结构性质的影响,采用密度泛函理论（DFT）方法对不同价态Fe在高岭石晶体中的晶格取代进行了模拟计算,通过晶格取代能计算分析Fe元素的3种晶格取代的难易程度,并通过计算能带结构和前线轨道,分析了Fe元素的3种晶格取代对高岭石界面结构性质的影响.结果表明:不同价态Fe在高岭石晶体中的晶格取代形式主要有Fe2+取代铝氧八面体中的Al3+(Fe2+→Al3+)、Fe3+取代铝氧八面体中的Al3+(Fe3+→Al3+)及Fe3+取代硅氧四面体中的Si4+(Fe3+→Si4+)3种,其取代程度由易到难为:Fe2+→Al3+> Fe3+→Si4+> Fe3+→Al3+;高岭石经过不同价态Fe元素取代后,将导致高岭石晶格的能带带隙减小,最高占有分子轨道（HOMO）和最低占有分子轨道（LUMO）的反应活性发生改变.通过穆斯堡尔（M?ssbauer）谱仪对淮北矿区煤系高岭石中的铁占位进行了分析,淮北矿区煤系高岭石中的Fe占位主要为六配位Fe2+和四配位Fe3+,及极少量的六配位Fe3+,3种Fe的含量从大到小为:六配位Fe2+>四配位Fe3+>六配位Fe3+;同时,M?ssbauer谱测试结果进一步验证了DFT计算的正确性.

论文目录

• 1 试 验
•   1.1 试验样品
•   1.2 试验方法
•     1.2.1 M?ssbauer谱分析
•     1.2.2 DFT计算
• 2 结果及分析
•   2.1 Fe元素在煤系高岭石中的取代形式
•     2.1.1 体相结构优化及晶格取代能
•     2.1.2 能带结构分析
•     2.1.3 前线轨道分析
•   2.2 M?ssbauer谱图分析
• 3 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 刘令云,闵凡飞,陈军,张明旭,陆芳琴

关键词: 煤系高岭石,元素,穆斯堡尔谱,晶格取代,密度泛函理论

来源: 中国矿业大学学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑

专业: 矿业工程

单位: 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽理工大学材料科学与工程学院

基金: 国家自然科学基金项目(51474011)

分类号: TD94

DOI: 10.13247/j.cnki.jcumt.001038

页码: 903-910

总页数: 8

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