不同价态Fe在煤系高岭石中晶格取代的DFT研究

作者：刘令云; 闵凡飞^*; 陈军; 张明旭; 陆芳琴

来源：中国矿业大学学报. 自然科学版, 2019, 48(04): 903-910.

DOI：10.13247/j.cnki.jcumt.001038

• 煤系高岭石
• Fe元素
• 穆斯堡尔谱
• 晶格取代
• 密度泛函理论

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.

• 单位
  安徽理工大学