以第一性原理研究CaCO3的表面能与电子结构

材料科学与工程学报, 2015, 33(6): 857-809. doi: 10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2015.06.017

以第一性原理研究CaCO3的表面能与电子结构

吴东海 ^1, , 童张法 ^2, , 罗涛朋 ^3, , 邵琳 ^4, , 王海晨 ^5, , 韦柳婷 ^6, , 唐壁玉 ^7,

1.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

2.广西大学化学化工学院,广西南宁530004;广西碳酸钙产业化工程院,广西南宁530004

3.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

4.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

5.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

6.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

7.广西大学化学化工学院,广西南宁,530004

关键词： CaCO3 , 表面能 , 表面驰豫 , 电子结构 , 第一性原理

Surface Energy and Electronic Structure of CaCO3 from First-principles Study

Keywords： CaCO3 , surface energy , surface relaxation , electronic structure , first-principles

采用第一性原理方法和slab模型研究了方解石型CaCO3(10～10)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,CO32-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CO32-集团,其键能远大于Ca-O键.(10-10)表面模型的C-O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.

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