黏土表面精确吸附能研究
化学物理
2016-12-07 v1 材料科学
计算物理
摘要
黏土矿物在自然界中普遍存在，其与周围环境的相互作用具有重要的工业和环境意义。因此，对分子层面理解分子在黏土表面的吸附至关重要。在这方面，计算机模拟发挥着重要作用，然而在以弱相互作用为主的吸附系统中，广泛使用的经验力场(FF)和密度泛函理论(DFT)交换关联泛函的准确性往往不明确。在此，我们报告了量子蒙特卡洛(QMC)方法对水分子和甲醇在典型黏土高岭石表面吸附的研究。据我们所知，这是QMC首次用于研究复杂天然表面（如黏土）上的吸附。除了本身的价值外，获得的QMC基准数据还可用于检验较廉价DFT方法的性能。事实上，使用各种DFT交换关联泛函得到的吸附能范围非常广泛，且事先无法判断哪种评估更优。QMC揭示，在所研究的体系中，必须考虑范德华(vdW)色散力，因为这会改变水和甲醇的绝对吸附能和相对吸附能。我们通过FF模拟表明，错误的相对能会导致高岭石界面处水和甲醇溶液的界面密度发生显著变化。尽管vdW修正和包含vdW的泛函提供了明显改进，但绝对吸附能往往被高估，这表明DFT中vdW力的处理仍是一个未解决的问题。
引用
@article{arxiv.1611.05683,
title = {Toward Accurate Adsorption Energetics on Clay Surfaces},
author = {Andrea Zen and Loïc M Roch and Stephen J Cox and Xiao L Hu and Sandro Sorella and Dario Alfè and Angelos Michaelides},
journal= {arXiv preprint arXiv:1611.05683},
year = {2016}
}
备注
in J. Phys. Chem. C, (2016)