铀酰离子在羟基化α-石英(101)表面的吸附

辜家芳 陈文凯

引用本文: 辜家芳, 陈文凯. 铀酰离子在羟基化α-石英(101)表面的吸附[J]. 物理化学学报, 2014, 30(10): 1810-1820. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408221 shu
Citation:  GU Jia-Fang, CHEN Wen-Kai. Adsorption of the Uranyl Ion on the Hydroxylated α-Quartz (101) Surface[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2014, 30(10): 1810-1820. doi: 10.3866/PKU.WHXB201408221 shu

铀酰离子在羟基化α-石英(101)表面的吸附

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(10676007) 

    福建省教育厅科研基金(JB14222)资助项目 

摘要:

采用周期性密度泛函理论研究羟基化α-石英(101)面的铀酰离子吸附行为. 通过对铀酰离子的水合作用考虑水溶剂对结构的短程溶剂化效应,并通过类导体屏蔽模型(COSMO)考虑水溶剂对结构的远程溶剂化效应. 吸附能计算结果和电子结构数据均表明水合铀酰离子吸附构型比氢氧化铀酰吸附构型稳定,并且在液相中两种类型的稳定吸附位均为dia-Os1Os2位. 两种形式在电子结构上有很大的差异,主要是由于铀与表面作用后成键强弱程度不同,使5f 轨道宽化和略微红移存在差异. 在铀酰离子吸附的基础上利用卤素离子改变铀酰离子配位环境可调整体系的带隙.

English

    1. [1]

      (1) Sandhu, S. S.; Kohli, K. B.; Brar, A. S. Inorg. Chem. 1984, 23, 3609. doi: 10.1021/ic00190a036

      (1) Sandhu, S. S.; Kohli, K. B.; Brar, A. S. Inorg. Chem. 1984, 23, 3609. doi: 10.1021/ic00190a036

    2. [2]

      (2) Nieweg, J. A.; Lemma, K.; Trewyn, B. G.; Lin, V. S. Y.; Bakac, A. Inorg. Chem. 2005, 44, 5641. doi: 10.1021/ic050130e(2) Nieweg, J. A.; Lemma, K.; Trewyn, B. G.; Lin, V. S. Y.; Bakac, A. Inorg. Chem. 2005, 44, 5641. doi: 10.1021/ic050130e

    3. [3]

      (3) Wheeler, J.; Thomas, J. K. J. Phys. Chem. 1984, 88, 750. (4) Krishna, V.; Kamble, V. S.; Gupta, N. M.; Selvam, P. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15832. doi: 10.1021/jp802779e(3) Wheeler, J.; Thomas, J. K. J. Phys. Chem. 1984, 88, 750. (4) Krishna, V.; Kamble, V. S.; Gupta, N. M.; Selvam, P. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 15832. doi: 10.1021/jp802779e

    4. [4]

      (5) Stewart, B. D.; Mayes, M. A.; Fendorf, S. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 928. doi: 10.1021/es902194x(5) Stewart, B. D.; Mayes, M. A.; Fendorf, S. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 928. doi: 10.1021/es902194x

    5. [5]

      (6) Tang, Y.; Reeder, R. J. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4446. doi: 10.1021/es802369m(6) Tang, Y.; Reeder, R. J. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4446. doi: 10.1021/es802369m

    6. [6]

      (7) Tang, Y.; McDonald, J.; Reeder, R. J. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4452. doi: 10.1021/es802370d(7) Tang, Y.; McDonald, J.; Reeder, R. J. Environ. Sci. Technol. 2009, 43, 4452. doi: 10.1021/es802370d

    7. [7]

      (8) Zhang, H. X.; Xie, Y. X.; Tao, Z. Y. Colloids. Surf. A 2005, 252, 1. doi: 10.1016/j.colsurfa.2004.10.005(8) Zhang, H. X.; Xie, Y. X.; Tao, Z. Y. Colloids. Surf. A 2005, 252, 1. doi: 10.1016/j.colsurfa.2004.10.005

    8. [8]

      (9) Singer, D. M.; Maher, K.; Brown, G. E., Jr. Geochim. Cosmochim. Acta 2009, 73, 5989. doi: 10.1016/j.gca.2009.07.002(9) Singer, D. M.; Maher, K.; Brown, G. E., Jr. Geochim. Cosmochim. Acta 2009, 73, 5989. doi: 10.1016/j.gca.2009.07.002

    9. [9]

      (10) Greathouse, J. A.; Cygan, R. T. Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 3865. doi: 10.1021/es052522q(10) Greathouse, J. A.; Cygan, R. T. Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 3865. doi: 10.1021/es052522q

    10. [10]

      (11) Froideval, A.; Del Nero, M.; Gaillard, C.; Barillon, R.; Rossini, I.; Hazemann, J. L. Geochim. Cosmochim. Ac. 2006, 70, 5270. doi: 10.1016/j.gca.2006.08.027(11) Froideval, A.; Del Nero, M.; Gaillard, C.; Barillon, R.; Rossini, I.; Hazemann, J. L. Geochim. Cosmochim. Ac. 2006, 70, 5270. doi: 10.1016/j.gca.2006.08.027

    11. [11]

      (12) Sylwester, E. R.; Hudson, E. A.; Allen, P. G. Geochim. Cosmochim. Ac. 2000, 64, 2431. doi: 10.1016/S0016-7037(00)00376-8(12) Sylwester, E. R.; Hudson, E. A.; Allen, P. G. Geochim. Cosmochim. Ac. 2000, 64, 2431. doi: 10.1016/S0016-7037(00)00376-8

    12. [12]

      (13) Lefèvre, G.; Noinville, S.; Fédoroff, M. J. Colloid. Interf. Sci. 2006, 296, 608. doi: 10.1016/j.jcis.2005.09.016(13) Lefèvre, G.; Noinville, S.; Fédoroff, M. J. Colloid. Interf. Sci. 2006, 296, 608. doi: 10.1016/j.jcis.2005.09.016

    13. [13]

      (14) Chanda, M.; Rempel, G. L. React. Polym. 1989, 11, 71. doi: 10.1016/0923-1137(89)90084-5(14) Chanda, M.; Rempel, G. L. React. Polym. 1989, 11, 71. doi: 10.1016/0923-1137(89)90084-5

    14. [14]

      (15) Comarmond, M. J.; Payne, T. E.; Harrison, J. J.; Thiruvoth, S.; Wong, H. K.; Aughterson, R. D.; Lumpkin, G. R.; Müller, K.; Foerstendorf, H. Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 5536. doi: 10.1021/es201046x(15) Comarmond, M. J.; Payne, T. E.; Harrison, J. J.; Thiruvoth, S.; Wong, H. K.; Aughterson, R. D.; Lumpkin, G. R.; Müller, K.; Foerstendorf, H. Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 5536. doi: 10.1021/es201046x

    15. [15]

      (16) Drisko, G. L.; Chee Kimling, M.; Scales, N.; Ide, A.; Sizgek, E.; Caruso, R. A.; Luca, V. Langmuir 2010, 26, 17581. doi: 10.1021/la103177h(16) Drisko, G. L.; Chee Kimling, M.; Scales, N.; Ide, A.; Sizgek, E.; Caruso, R. A.; Luca, V. Langmuir 2010, 26, 17581. doi: 10.1021/la103177h

    16. [16]

      (17) Vandenborre, J.; Drot, R.; Simoni, E. Inorg. Chem. 2007, 46, 1291. doi: 10.1021/ic061783d(17) Vandenborre, J.; Drot, R.; Simoni, E. Inorg. Chem. 2007, 46, 1291. doi: 10.1021/ic061783d

    17. [17]

      (18) Dossot, M.; Cremel, S.; Vandenborre, J.; Grausem, J.; Humbert, B.; Drot, R.; Simoni, E. Langmuir 2005, 22, 140. (19) Ordoñez-Regil, E.; Drot, R.; Simoni, E.; Ehrhardt, J. J. Langmuir 2002, 18, 7977. doi: 10.1021/la025674x(18) Dossot, M.; Cremel, S.; Vandenborre, J.; Grausem, J.; Humbert, B.; Drot, R.; Simoni, E. Langmuir 2005, 22, 140. (19) Ordoñez-Regil, E.; Drot, R.; Simoni, E.; Ehrhardt, J. J. Langmuir 2002, 18, 7977. doi: 10.1021/la025674x

    18. [18]

      (20) Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. Geochim. Cosmochim. Ac. 2011, 75, 706. doi: 10.1016/j.gca.2010.10.019(20) Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. Geochim. Cosmochim. Ac. 2011, 75, 706. doi: 10.1016/j.gca.2010.10.019

    19. [19]

      (21) Martorell, B.; Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 13287. doi: 10.1021/jp101300w(21) Martorell, B.; Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 13287. doi: 10.1021/jp101300w

    20. [20]

      (22) Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. Langmuir 2008, 24, 9515. doi: 10.1021/la801278j(22) Kremleva, A.; Krüger, S.; Rösch, N. Langmuir 2008, 24, 9515. doi: 10.1021/la801278j

    21. [21]

      (23) Payne, T. E.; Davis, J. A.; Lumpkin, G. R.; Chisari, R.;Waite, T. D. Appl. Clay. Sci. 2004, 26, 151. doi: 10.1016/j. clay.2003.08.013(23) Payne, T. E.; Davis, J. A.; Lumpkin, G. R.; Chisari, R.;Waite, T. D. Appl. Clay. Sci. 2004, 26, 151. doi: 10.1016/j. clay.2003.08.013

    22. [22]

      (24) Glezakou, V. A.; deJong,W. A. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 1257. (25) Moskaleva, L. V.; Nasluzov, V. A.; Rösch, N. Langmuir 2006, 22, 2141. doi: 10.1021/la052973o(24) Glezakou, V. A.; deJong,W. A. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 1257. (25) Moskaleva, L. V.; Nasluzov, V. A.; Rösch, N. Langmuir 2006, 22, 2141. doi: 10.1021/la052973o

    23. [23]

      (26) Perron, H.; Roques, J. R. m.; Domain, C.; Drot, R.; Simoni, E.; Catalette, H. Inorg. Chem. 2008, 47, 10991. doi: 10.1021/ic801246k(26) Perron, H.; Roques, J. R. m.; Domain, C.; Drot, R.; Simoni, E.; Catalette, H. Inorg. Chem. 2008, 47, 10991. doi: 10.1021/ic801246k

    24. [24]

      (27) Perron, H.; Domain, C.; Roques, J.; Drot, R.; Simoni, E.; Catalette, H. Inorg. Chem. 2006, 45, 6568. doi: 10.1021/ic0603914(27) Perron, H.; Domain, C.; Roques, J.; Drot, R.; Simoni, E.; Catalette, H. Inorg. Chem. 2006, 45, 6568. doi: 10.1021/ic0603914

    25. [25]

      (28) Levesque, M.; Roques, J.; Domain, C.; Perron, H.; Veilly, E.; Simoni, E.; Catalette, H. Surf. Sci. 2008, 602, 3331. doi: 10.1016/j.susc.2008.09.006(28) Levesque, M.; Roques, J.; Domain, C.; Perron, H.; Veilly, E.; Simoni, E.; Catalette, H. Surf. Sci. 2008, 602, 3331. doi: 10.1016/j.susc.2008.09.006

    26. [26]

      (29) Greathouse, J. A.; O'Brien, R. J.; Bemis, G.; Pabalan, R. T. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1646. (30) Boily, J. F.; Rosso, K. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7845. doi: 10.1039/c0cp01406k(29) Greathouse, J. A.; O'Brien, R. J.; Bemis, G.; Pabalan, R. T. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1646. (30) Boily, J. F.; Rosso, K. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 7845. doi: 10.1039/c0cp01406k

    27. [27]

      (31) Bandura, A. V.; Kubicki, J. D.; Sofo, J. O. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5756. doi: 10.1021/jp1106636(31) Bandura, A. V.; Kubicki, J. D.; Sofo, J. O. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 5756. doi: 10.1021/jp1106636

    28. [28]

      (32) Abbasi, A.; Nadimi, E.; Plänitz, P.; Radehaus, C. Surf. Sci. 2009, 603, 2502. doi: 10.1016/j.susc.2009.06.004(32) Abbasi, A.; Nadimi, E.; Plänitz, P.; Radehaus, C. Surf. Sci. 2009, 603, 2502. doi: 10.1016/j.susc.2009.06.004

    29. [29]

      (33) Gu, J. F.; Lu, C. H.; Chen,W. K.; Xu, Y.; Zheng, J. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 655. [辜家芳, 陆春海, 陈文凯,许莹, 郑金德. 物理化学学报, 2009, 25, 655.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090419(33) Gu, J. F.; Lu, C. H.; Chen,W. K.; Xu, Y.; Zheng, J. D. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 655. [辜家芳, 陆春海, 陈文凯,许莹, 郑金德. 物理化学学报, 2009, 25, 655.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090419

    30. [30]

      (34) Gu, J. F.; Man, M. L.; Lu, C. H.; Chen,W. K. Chin. J. Inorg. Chem. 2012, 7, 1324. [辜家芳, 满梅玲, 陆春海, 陈文凯. 无机化学学报, 2012, 7, 1324.] (35) Gu, J. F.; Lu, C. H.; Chen,W. K.; Chen, Y.; Xu, K.; Huang, X.; Zheng, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 792. [辜家芳, 陆春海, 陈文凯, 陈勇, 许可, 黄昕, 章永凡. 物理化学学报, 2012, 28, 792.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201201171(34) Gu, J. F.; Man, M. L.; Lu, C. H.; Chen,W. K. Chin. J. Inorg. Chem. 2012, 7, 1324. [辜家芳, 满梅玲, 陆春海, 陈文凯. 无机化学学报, 2012, 7, 1324.] (35) Gu, J. F.; Lu, C. H.; Chen,W. K.; Chen, Y.; Xu, K.; Huang, X.; Zheng, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 792. [辜家芳, 陆春海, 陈文凯, 陈勇, 许可, 黄昕, 章永凡. 物理化学学报, 2012, 28, 792.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201201171

    31. [31]

      (36) Bargar, J. R.; Reitmeyer, R.; Lenhart, J. J.; Davis, J. A. Geochim. Cosmochim. Ac. 2000, 64, 2737. doi: 10.1016/S0016-7037(00)00398-7(36) Bargar, J. R.; Reitmeyer, R.; Lenhart, J. J.; Davis, J. A. Geochim. Cosmochim. Ac. 2000, 64, 2737. doi: 10.1016/S0016-7037(00)00398-7

    32. [32]

      (37) Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92, 508. (38) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. (39) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244. doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244(37) Delley, B. J. Chem. Phys. 1990, 92, 508. (38) Delley, B. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7756. (39) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1992, 45, 13244. doi: 10.1103/PhysRevB.45.13244

    33. [33]

      (40) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1986, 33, 8800. doi: 10.1103/PhysRevB.33.8800(40) Perdew, J. P.;Wang, Y. Phys. Rev. B 1986, 33, 8800. doi: 10.1103/PhysRevB.33.8800

    34. [34]

      (41) Sauer, J. Modeling of Structure and Reactivity in Zeolites; Academic Press: London, 1992. (42) Benedek, N. A.; Snook, I. K.; Latham, K.; Yarovsky, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144102. (43) umans, T. P. M.;Wander, A.; Brown,W. A.; Catlow, C. R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2146. doi: 10.1039/b701176h(41) Sauer, J. Modeling of Structure and Reactivity in Zeolites; Academic Press: London, 1992. (42) Benedek, N. A.; Snook, I. K.; Latham, K.; Yarovsky, I. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144102. (43) umans, T. P. M.;Wander, A.; Brown,W. A.; Catlow, C. R. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2146. doi: 10.1039/b701176h

    35. [35]

      (44) Yang, J.;Wang, E. G. Phys. Rev. B 2006, 73, 035406. doi: 10.1103/PhysRevB.73.035406(44) Yang, J.;Wang, E. G. Phys. Rev. B 2006, 73, 035406. doi: 10.1103/PhysRevB.73.035406

    36. [36]

      (45) Yang, J.; Meng, S.; Xu, L.;Wang, E. G. Phys. Rev. B 2005, 71, 035413. doi: 10.1103/PhysRevB.71.035413(45) Yang, J.; Meng, S.; Xu, L.;Wang, E. G. Phys. Rev. B 2005, 71, 035413. doi: 10.1103/PhysRevB.71.035413

    37. [37]

      (46) Murashov, V. V.; Demchuk, E. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10835. (47) de Leeuw, N. H.; Higgins, F. M.; Parker, S. C. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1270. (48) Tsushima, S.; Suzuki, A. J. Mol. Struct. 1999, 487, 33. doi: 10.1016/S0166-1280(99)00137-2(46) Murashov, V. V.; Demchuk, E. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10835. (47) de Leeuw, N. H.; Higgins, F. M.; Parker, S. C. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1270. (48) Tsushima, S.; Suzuki, A. J. Mol. Struct. 1999, 487, 33. doi: 10.1016/S0166-1280(99)00137-2

    38. [38]

      (49) Spencer, S.; Gagliardi, L.; Handy, N. C.; Ioannou, A. G.; Skylaris, C. K.;Willetts, A.; Simper, A. M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 1831. (50) Reich, T.; Moll, H.; Arnold, T.; Denecke, M. A.; Hennig, C.; Geipel, G.; Bernhard, G.; Nitsche, H.; Allen, P. G.; Bucher, J. J.; Edelstein, N. M.; Shuh, D. K. J. Electron. Spectrosc. 1998, 96, 237. doi: 10.1016/S0368-2048(98)00242-4(49) Spencer, S.; Gagliardi, L.; Handy, N. C.; Ioannou, A. G.; Skylaris, C. K.;Willetts, A.; Simper, A. M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 1831. (50) Reich, T.; Moll, H.; Arnold, T.; Denecke, M. A.; Hennig, C.; Geipel, G.; Bernhard, G.; Nitsche, H.; Allen, P. G.; Bucher, J. J.; Edelstein, N. M.; Shuh, D. K. J. Electron. Spectrosc. 1998, 96, 237. doi: 10.1016/S0368-2048(98)00242-4

    39. [39]

      (51) Michard, P.; Guibal, E.; Vincent, T.; Le Cloirec, P. Micro. Mater. 1996, 5, 309. doi: 10.1016/0927-6513(95)00067-4

      (51) Michard, P.; Guibal, E.; Vincent, T.; Le Cloirec, P. Micro. Mater. 1996, 5, 309. doi: 10.1016/0927-6513(95)00067-4

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  532
  • 文章访问数:  660
  • HTML全文浏览量:  6
文章相关
  • 发布日期:  2014-09-30
  • 收稿日期:  2014-05-13
  • 网络出版日期:  2014-08-22
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章