磷灰石晶体及表面基因的第一性原理计算
来源期刊：金属矿山2020年第6期
论文作者：朱一民 张洋洋 南楠 谢瑞琦 刘杰
文章页码：87 - 93
关键词：磷灰石;第一性原理;CASTEP;矿物基因;(001)表面;
摘 要：基于第一性原理的MS软件CASTEP模块,首先对磷灰石矿物晶胞进行了几何优化,计算得到了其能带结构、态密度、Mulliken布居,然后建立并优化了3种不同（001）表面,分别计算其表面能,并计算了磷灰石（001）低能面的差分电荷密度。结果表明:磷灰石晶体的禁带宽度为5.657 eV,属于绝缘体,其能带主要分布在-38.5～-15.1 eV之间。O3—Ca1键布居值最小,是断裂概率较高的键,且O3的2p轨道在费米能级附近电子密度贡献最大,易作为活性位点参加矿浆里的物理化学反应。相对于PO4终端面和Ca1—Ca1终端面,Ca1终端面具有最低的表面能,性质最稳定,是自然界存在概率较高的表面。（001）表面的差分电荷密度分析表明,与O3—Ca1键相比,O3—Ca2键共价性更强,键较难断裂,这与Mulliken键布居分析结果相符。磷灰石晶体和表面的第一性原理计算结果可以为完善基因矿物加工数据库的建设和磷矿浮选药剂作用原理分析提供参考和指导。
朱一民1,2,3，张洋洋1，南楠1,2,3，谢瑞琦1,2,3，刘杰1,2,3
1. 东北大学资源与土木工程学院2. 难采选铁矿资源高效开发利用技术国家地方联合工程研究中心3. 东北大学基因矿物加工研究中心
摘 要：基于第一性原理的MS软件CASTEP模块,首先对磷灰石矿物晶胞进行了几何优化,计算得到了其能带结构、态密度、Mulliken布居,然后建立并优化了3种不同（001）表面,分别计算其表面能,并计算了磷灰石（001）低能面的差分电荷密度。结果表明:磷灰石晶体的禁带宽度为5.657 eV,属于绝缘体,其能带主要分布在-38.5～-15.1 eV之间。O3—Ca1键布居值最小,是断裂概率较高的键,且O3的2p轨道在费米能级附近电子密度贡献最大,易作为活性位点参加矿浆里的物理化学反应。相对于PO4终端面和Ca1—Ca1终端面,Ca1终端面具有最低的表面能,性质最稳定,是自然界存在概率较高的表面。（001）表面的差分电荷密度分析表明,与O3—Ca1键相比,O3—Ca2键共价性更强,键较难断裂,这与Mulliken键布居分析结果相符。磷灰石晶体和表面的第一性原理计算结果可以为完善基因矿物加工数据库的建设和磷矿浮选药剂作用原理分析提供参考和指导。
关键词：磷灰石;第一性原理;CASTEP;矿物基因;(001)表面;
