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材料导报  2019, Vol. 33 Issue (6): 965-969    https://doi.org/10.11896/cldb.201906010
  无机非金属及其复合材料 |
CaCO3在Fe(100)表面成垢机制的第一性原理研究
张旭昀1,2,3, 王文泉1,3, 郭斌2, 郑冰洁1,3, 吴戆1,3, 王勇1,3
1 东北石油大学机械科学与工程学院,大庆 163318
2 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150001
3 黑龙江省石油石化多相介质处理及污染防治重点实验室,大庆 163318
First-principles Calculations Study for Scaling Mechanism of CaCO3 on Fe(100) Surface
ZHANG Xuyun1,2,3, WANG Wenquan1,3, GUO Bin2, ZHENG Bingjie1,3, WU Zhuang1,3, WANG Yong1,3
1 School of Mechanical Science and Engineering, Northeast Petroleum University, Daqing 163318
2 School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001
3 Heilongjiang Key Laboratory of Petroleum and Petrochemical Multiphase Treatment and Pollution Prevention, Daqing 163318
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摘要 本工作基于密度泛函理论的第一性原理计算方法研究了CaCO3在α-Fe表面的成垢机制,并通过对难溶的文石型及方解石型CaCO3在Fe(100)表面的吸附模型进行模拟计算,获得了它们的能量、电荷密度、能带结构及态密度等几何结构和电子特性。研究结果表明:文石型CaCO3(文石)先于方解石型CaCO3(方解石)吸附于α-Fe表面桥位,而后文石会释放部分能量而转变为斜六面体形态的方解石;碳酸钙在铁表面的附着实际是碳酸根中电负性较大的O原子与Fe原子之间发生电荷转移,O 2p轨道电子与Fe 3d轨道电子之间形成了共价键,因此发生了稳定的化学吸附。
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张旭昀
王文泉
郭斌
郑冰洁
吴戆
王勇
关键词:  CaCO3  Fe(100)  成垢机制  吸附  第一性原理    
Abstract: The scaling mechanism of CaCO3 on the surface of α-Fe was studied by the first principles based on the first-principles calculation method of density functional theory. The geometrical structures and the characteristic of electrons, such as energy, charge density, and density of states, were obtained by simulating the aragonite and calcite adsorption on the Fe (100) surface of CaCO3, which formed a poorly soluble aragonitic and calcite CaCO3 with carbonates in water. The results showed that the adsorption of aragonite CaCO3 (aragonite) on the α-Fe surface was easier than that of the calcite CaCO3 (calcite), and then the aragonite released part of the energy and turned into calcite with oblique hexahedra. The attachment of calcium carbonate on the surface of iron was actually the charge transfer between Fe atoms and O atoms which has larger electronegativity in carbonate. The covalent bond between O 2p orbital and Fe 3d orbital formed, which led to the stable Chemical adsorption.
Key words:  CaCO3    Fe(100)    scaling mechanism    adsorption    first principles
               出版日期:  2019-03-25      发布日期:  2019-04-03
ZTFLH:  O469  
基金资助: 国家自然科学基金项目(51401051);黑龙江省应用技术研究与开发计划项目(GA13A402)
作者简介:  张旭昀,1997年7月毕业于哈尔滨工业大学焊接工艺及设备专业,获工学学士学位;2005年3月毕业于大庆石油学院安全技术及工程专业,获工学硕士学位;2013年6月毕业于东北石油大学油气田地面工程专业,获工学博士学位。王勇,2012年毕业于中国科学院金属所,获得工学博士学位。
引用本文:    
张旭昀, 王文泉, 郭斌, 郑冰洁, 吴戆, 王勇. CaCO3在Fe(100)表面成垢机制的第一性原理研究[J]. 材料导报, 2019, 33(6): 965-969.
ZHANG Xuyun, WANG Wenquan, GUO Bin, ZHENG Bingjie, WU Zhuang, WANG Yong. First-principles Calculations Study for Scaling Mechanism of CaCO3 on Fe(100) Surface. Materials Reports, 2019, 33(6): 965-969.
链接本文:  
http://www.mater-rep.com/CN/10.11896/cldb.201906010  或          http://www.mater-rep.com/CN/Y2019/V33/I6/965
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