以第一性原理研究CaCO₃的表面能与电子结构

来源期刊：材料科学与工程学报2015年第6期

论文作者：吴东海 童张法 罗涛朋 邵琳 王海晨 韦柳婷 唐壁玉

文章页码：857 - 1670

关键词：CaCO3;表面能;表面驰豫;电子结构;第一性原理;

摘    要：采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3（10¹0）和（0001）晶面的表面能、表面驰豫与电子结构。结果表明（0001）面因较高的表面能而更不稳定,易与其它物质反应且具有较快的生长速度。（10-10）晶面因表面能低而生长缓慢,容易暴露。弛豫后（10-10）表面的Ca、C原子向内收缩而O原子却略微向外扩张,CO2-3集团发生转动使结构更稳定。（0001）表面的Ca原子以及第二层的C、O原子均向内收缩并且原子弛豫程度比（10-10）面大。计算的DOS表明:与CaCO3体相约5.0eV的带隙相比,表面结构的带隙略微减少,而（0001）表面减少更多。虽然表面C原子与O原子由于强烈的DOS交叠形成典型的共价键,而Ca-O键则相对较弱,（0001）表面结构的C-O和Ca-O键相对更弱,且表面稳定性主要与O-p电子有关。电荷密度表明（0001）面内的C原子与周围3个O原子之间存在强烈的C-O共价键而组成三角形状的CO2-3集团,其键能远大于Ca-O键。（10-10）表面模型的CO和Ca-O键均比（0001）面强,并且表面的电荷密度也高于（0001）面,因而更稳定。