地質(zhì)聚合物聚合機(jī)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(tuán)，這些離子團(tuán)會再通過縮聚反應(yīng)形成地質(zhì)聚合物。
　　近年來，計算機(jī)技術(shù)在理論上和應(yīng)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(lǐng)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(yīng)機(jī)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(jìn)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(tuán)上脫去羥基和另一個硅氧基團(tuán)的一個氫原子組成

3、水分子的反應(yīng)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(yīng)形成[SiAl(OH)5O2]2-的過渡態(tài)形式為硅氧基團(tuán)上脫去羥基和鋁氧基團(tuán)上脫去的氫原子組成水分子的反應(yīng)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。