粘土礦物吸附富勒烯的分子模擬研究.pdf

1、隨著納米材料在電子、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、能源等多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，各種人造納米材料不可避免地通過(guò)多種途徑進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)，并產(chǎn)生潛在的生態(tài)毒害效應(yīng)，因此其環(huán)境化學(xué)行為受到廣泛關(guān)注。粘土礦物作為自然介質(zhì)中普遍存在的一種地質(zhì)吸附劑，具有特殊的層狀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，對(duì)環(huán)境中污染物的遷移、歸趨及污染控制等過(guò)程產(chǎn)生重要影響。因此，研究納米顆粒與粘土礦物的表/界面作用有助于明確納米顆粒的環(huán)境化學(xué)行為。本文采用計(jì)算模擬技術(shù)，研究了粘土礦物表面結(jié)構(gòu)及水化狀態(tài)對(duì)富勒烯

2、分子與粘土礦物表/界面相互作用特征的影響，重點(diǎn)考察了富勒烯在粘土礦物表/界面的吸附位點(diǎn)、吸附能、賦存狀態(tài)等信息。研究取得成果如下：
　　(1) C60分子在葉臘石片層表面平衡構(gòu)型趨向單分子層排列。真空環(huán)境中C60分子能自發(fā)的吸附到葉臘石硅氧烷表面，底部嵌入硅氧烷表面六元方環(huán)空穴達(dá)到穩(wěn)定吸附。往體系中逐漸增加 C60分子，觀察到 C60分子趨向單分子層排列。通過(guò)對(duì)體系吸附自由能考察可知：隨著 C60分子數(shù)目的增多，被考察 C60分子

3、的吸附自由能最低點(diǎn)的絕對(duì)值逐漸增大，這說(shuō)明體系對(duì)單個(gè)C60分子的吸附作用增強(qiáng)。
　　(2)水環(huán)境中，葉臘石表面對(duì) C60分子有較強(qiáng)親和性，但吸附過(guò)程需要突破水化層形成的能量勢(shì)壘。葉臘石與C60分子均屬疏水性物質(zhì)，但在水環(huán)境中，C60分子與水分子之間較強(qiáng)的范德華作用會(huì)導(dǎo)致其周圍形成水化層。因此，C60分子在吸附過(guò)程中需要突破水化層形成能量勢(shì)壘。在運(yùn)動(dòng)到臨近硅氧烷片層表面時(shí)會(huì)吸附在六元方環(huán)空穴上，形成穩(wěn)定的吸附狀態(tài)。吸附自由能計(jì)算結(jié)果

4、表明，隨著C60分子數(shù)目的增加，體系對(duì)單個(gè)C60分子的吸附作用增強(qiáng)。
　　(3)高嶺石的羥基表面由于強(qiáng)水化作用而難以有效吸附 C60分子。真空環(huán)境中 C60分子能夠吸附到高嶺石羥基表面。這個(gè)過(guò)程中，高嶺石羥基表面的吸附能力小于葉臘石硅氧烷表面的吸附能力。水相條件下，高嶺石片層表面羥基與水分子之間相互作用較強(qiáng)，高嶺石片層表面會(huì)形成致密的水分子層，對(duì)C60分子的吸附造成消極影響。吸附自由能計(jì)算結(jié)果顯示，1、2、3個(gè)C60分子的吸附自由