碳酸氢氧化钴 Co$_2$CO$_3$(OH)$_2$ 的晶体结构：密度泛函理论与 X 射线衍射研究
材料科学
2017-05-31 v1
摘要
我们利用密度泛函理论（DFT）模拟以及对从水溶液中沉积合成的样品进行的粉末 X 射线衍射（PXRD）测量，研究了 CoCO(OH) 的结构。我们考虑了两种可能的单斜相，它们具有密切相关但对称性不同的晶体结构，分别基于矿物孔雀石和斜方绿铜锌矿的结构；还考虑了一种可视为这两种单斜相共同母体结构的正交相，以及一种具有矿物kolwezite结构的三斜相。我们的 DFT 模拟预测，类斜方绿铜锌矿相和类孔雀石相是 CoCO(OH) 势能面上的两个不同的局域极小值，并且在能量上几乎是简并的，而正交结构和三斜结构是不稳定的，在弛豫过程中会经历无障碍转变成为孔雀石相。使用斜方绿铜锌矿模型（单斜晶系，空间群 P1121/n，晶胞参数 a = 3.1408(4) Å, b = 12.2914(17) Å, c = 9.3311(16) Å, γ = 82.299(16)°）获得了对 PXRD 数据的最佳拟合。然而，该精修仍不能很好地解释 PXRD 图谱的某些特征，且残差参数相对较差。我们讨论了 CoCO(OH) 的斜方绿铜锌矿相和孔雀石相之间的关系，并表明它们可被视为多型体。基于计算得出的这两种多型体相似的稳定性，我们推测某种程度的堆垛无序可能是导致 PXRD 数据拟合不佳的原因。CoCO(OH) 在不同的生长条件下可能结晶为斜方绿铜锌矿型或孔雀石型，甚至可能是介于两者之间的堆垛无序相，这种可能性需要进一步研究。
引用
@article{arxiv.1705.10525,
title = {Crystal structure of cobalt hydroxide carbonate Co$_2$CO$_3$(OH)$_2$: density functional theory and X-ray diffraction investigation},
author = {Jorge González-López and Jeremy K. Cockcroft and Ángeles Fernández-González and Amalia Jimenez and Ricardo Grau-Crespo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.10525},
year = {2017}
}
备注
To appear in Acta Crystallographica Section B