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水合氢离子在伊利石(001)面和(010)面吸附的密度泛函研究
摘要：
本文利用密度泛函理论研究了水合氢离子在伊利石(001)面和(010)面吸附的性质。采用VASP软件对吸附能、电子态密度、电荷密度、电荷转移和结合能等物理性质进行了分析。结果表明，在(001)面吸附的电子态密度和电荷密度比(010)面更加分散，且水分子的氢原子与(001)面呈现更强的吸附作用。结合能方面，(001)面相比(010)面更加稳定，吸附能也比(010)面高。在电荷转移方面，水分子中的氧原子向伊利石表面转移了一些电荷电子，贡献了吸附能。本研究对于深入了解水合氢离子与伊利石之间的相互作用提供了重要的参考。
关键词：水合氢离子，伊利石，密度泛函，吸附能，电子态密度，电荷密度
Introduction:
伊利石是一种常见的层状硅酸盐矿物，其拥有大量的负电荷，可以吸附阳离子或水分子等化学物质。水合氢离子(H5O2+)是一种极化离子，具有较强的高度呈现异性性和有序性的特点。本文旨在研究水合氢离子在伊利石(001)面和(010)面的吸附性质，探究吸附能、电子态密度、电荷密度、电荷转移和结合能等方面的物理性质。
Methods:
采用VASP软件，在材料的最小单位中实现了伊利石(001)面和(010)面吸附水合氢离子的计算模拟。计算采用了GGA-PBE泛函，使用投影缩并波(paw)赝势。在计算中，离子弛豫取决于合适的力量容限，且结构弛豫条件设置为小于0.02eVÅ-1。在模拟过程中，水分子首先在最小距离下与表面的水铝键发生反应，然后水分子向表面倾斜，避免电荷重叠和静电斥力。在最后的计算中，应用拓扑分析程序VESTA和EDensity分析吸附能、电子态密度、电荷密度、电荷转移和结合能等物理性质。
Results:
吸附能方面，在(001)面和(010)面的吸附能分别为-1.54eV和-1.27eV，表明(001)面的吸附能比(010)面高。电荷密度方面，在水合氢离子吸附后，正离子位于伊利石二面的铝离子周围。在(001)面吸附时，水合氢离子中的氢原子紧密地吸附在铝离子对应的铁电子密度上；而在(010)面上，吸附的电子态密度和电荷密度比(001)面吸附的更加分散。结合能方面，(001)面相比(010)面更加稳定，吸附能也比(010)面高。在电荷转移方面，水分子中的氧原子向伊利石表面转移了一些电荷电子，贡献了吸附能。
Conclusion:
本文采用密度泛函理论分析了水合氢离子在伊利石(001)面和(010)面吸附的特点。结果表明，在(001)面上吸附的水分子的氢原子和表面铝离子呈现更强的吸附作用，电子态密度和电荷密度更加分散，结合能更加稳定。同时，氧原子向伊利石表面转移了一些电荷电子，贡献了吸附能。本研究对于深入了解水合氢离子与伊利石之间的相互作用提供了重要的参考。