氟置换高岭石层间羟基的能量最小化模拟

作     者：牛继南 强颖怀 王志辉 NIU Ji-Nan;QIANG Ying-Huai;WANG Zhi-Hui

作者机构：中国矿业大学材料科学与工程学院江苏徐州221116 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2010年第26卷第6期

页      面：1541-1551页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：中国矿业大学科技专项基金(ZK0005)资助项目~~ 

主　　题：高岭石 氟置换 结构无序 水合 

摘      要：为了进一步澄清高岭石中结构无序的成因以及氢键对它们的影响程度,利用补充了氟参数的CLAYFF力场,对层间羟基不同分数的氟置换进行了能量最小化模拟.结果发现:四面体底氧起皱的原因是四、八片层不匹配引起的Al—O(连接氧)键拉伸以及维持四面体自身外形的需要;四面体旋转的原因与Newnham的解释类似.八面体上下三原子对旋转是由于:(1)四、八面体层的不匹配,具体地说是连接氧/内部羟基氧与八面体铝之间的O—Al—O键角(θ1)和Al—O—Al键角(θ2),层间羟基氧与八面体铝之间的O—Al—O键角(θ4)和Al—O—Al键角(θ5)的增大,以及八面体共棱O—Al—O键角(θ3)的减小;(2)铝硅斥力引起的θ1、θ2变小和θ3变大;(3)(1)和(2)中所有键角变化引起的结构调整;(4)高岭石特殊的网状结构共同引起的.八面体O-O共享棱的缩短和铝更靠近层间羟基氧同样也是(1)-(4)作用的结果;θ1、θ2、θ4和θ5增大和θ3减小还引起了八面体展平.层间氢键对四面体底氧起皱、八面体展平和八面体上下三原子对旋转起阻碍作用,而对四面体旋转起促进作用.此外,当氟对层间羟基的置换摩尔分数较低时(xF=0-0.7),高岭石层间距并不明显随氟的增加而增加,这说明了高岭石的水合过程可能并不需要氟化铵的加入.