地質(zhì)聚合物聚合機理的第一性原理研究.pdf

1、地質(zhì)聚合物材料由于其免燒結(jié)、高性能、低成本、制備工藝簡單等特點近年來越來越受到人們的關(guān)注。地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)式可表示為nM2O.Al2O3.xSiO2.yH2O，在堿性條件下會水解出[Al(OH)4]-、[SiO2(OH)2]2-和[SiO(OH)3]-等離子團，這些離子團會再通過縮聚反應形成地質(zhì)聚合物。
　　近年來，計算機技術(shù)在理論上和應用上都飛速發(fā)展，這也同時帶來了密度泛函理論方法（Density Functional Theo

2、ry，DFT）迅速發(fā)展，基于密度泛函的第一性原理方法目前已被用于研究固態(tài)物理領域中的問題，并取得了令人矚目的成果。本研究正是利用上述方法中的廣義梯度近似方法，使用DMOL3計算軟件，對地質(zhì)聚合物的反應機理展開了研究。
　　對[SiO(OH)3]-和[SiO(OH)3]-形成[Si2(OH)4O3]2-的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，結(jié)果表明：形成[Si2(OH)4O3]2-的過渡態(tài)形式為從硅氧基團上脫去羥基和另一個硅氧基團的一個氫原子組成

3、水分子的反應過程。其結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中耗費0.0263eV的能量，其優(yōu)化步數(shù)為100步以上，優(yōu)化時間較長。
　　對[Al(OH)4]-和[SiO2(OH)2]2-形成[SiAl(OH)5O2]2-的過渡態(tài)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化表明：通過縮聚反應形成[SiAl(OH)5O2]2-的過渡態(tài)形式為硅氧基團上脫去羥基和鋁氧基團上脫去的氫原子組成水分子的反應過程。其結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中只耗費0.0082eV的能量，并且優(yōu)化步數(shù)僅為40步左右，使優(yōu)化時間大大縮短。