镉离子（Ⅱ）在针铁矿表面化学吸附的理论研究

论文摘要

本文用密度泛函（ DFT）方法研究了重金属镉离子（II）水合、水解物种的几何结构、电子结构及水合、水解反应对镉离子活性的影响。用半经验MOPAC方法研究了水分子在针铁矿（010）面上的化学吸附,进而研究了Cd（II）在针铁矿（010）面上的不同化学吸附构型及稳定性。研究结果如下:1.重金属镉离子水合、水解构型的稳定性顺序,即Cd（II）水合物种的稳定性优于水解物种,其中2+Cd（OH 2 ） 6为优势构型。随着水解程度的加深,内层逐渐失去水分子,同时Cd所带电荷逐渐降低。由Cd（II）水合、水解反应的△G298可知,水合反应能够自发进行,且Cd（II）水合生成Cd（OH 2 ） 62+的反应最易进行,而Cd（II）水解反应基本不能自发进行。NBO分析表明水合反应能使Cd钝化,而水解反应则可以活化Cd。2.水分子与针铁矿表面发生相互作用时,解离式化学吸附优于结合式化学吸附。水分子在针铁矿（010）面上发生解离式化学吸附时,水分子首先解离为OH-和H+,OH-与表面Fe原子结合,H+与表面O原子结合。分子动力学研究表明,水分子在针铁矿表面进行化学吸附后,液态水与针铁矿表面只发生弱作用,对表面影响较小。3. Cd以单角、双角和三角吸附方式在针铁矿表面发生水解吸附,各吸附构型稳定性顺序为DC（b）>SC>TC>DC（a）。Cd（OH） 24-在针铁矿表面进行化学吸附后,Cd（II）离子活性降低,稳定性加强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 引言
• 1.2 Cd（II）离子水合、水解构型及其在矿物表面吸附研究现状
• 1.2.1 金属离子水合物种理论研究
• 1.2.2 Cd（II）水合物种研究
• 1.2.3 Cd（II）吸附研究
• 1.3 FeOOH 表面吸附研究现状
• 1.3.1 FeOOH 简介
• 1.3.2 FeOOH 晶体结构
• 1.3.3 FeOOH 吸附研究
• 1.4 研究目的及意义
• 2 理论基础和计算方法
• 2.1 量子化学
• 2.1.1 从头算法（ab initio calculation）
• 2.1.2 半经验方法（Semiempirical calculation）
• 2.1.3 密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）
• 2.2 基组的选取
• 3 Cd（II）水合/水解产物结构和稳定性的理论研究
• 3.1 计算方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 几何构型
• 3.2.2 电子转移
• 3.2.3 分子轨道能级
• 298'>3.2.4 Cd（II）水合、水解反应的△G₂₉₈
• 3.2.5 水合、水解反应对Cd（II）活性影响
• 3.3 小结
• 4 针铁矿-水表面研究
• 4.1 计算方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 几何构型
• 4.2.2 吸附能
• 4.2.3 动力学模拟
• 4.3 小结
• 5 Cd（II）水合、水解物种在针铁矿（010）表面的化学吸附
• 5.1 计算方法
• 5.2 结果与讨论
• 2O ）₄²⁺ 在针铁矿（010）表面的吸附'>5.2.1 Cd（H₂O ）₄²⁺在针铁矿（010）表面的吸附
• 4^2- 在针铁矿（010）表面的吸附'>5.2.2 Cd（OH）₄^2-在针铁矿（010）表面的吸附
• 5.2.2.1 几何结构
• 5.2.2.2 前线轨道分析
• 5.2.2.3 吸附能
• 5.3 小结
• 6 总结
• 6.1 主要研究结果
• 6.2 创新之处
• 6.3 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表的学术论文