Microscopic Insights into the Fluorite/Water Interfaces from Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy
Microscopic Insights into the Fluorite/Water Interfaces from Vibrational Sum Frequency Generation Spectroscopy
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通过振动和频发生光谱对萤石/水界面的微观观察
DOI：
10.1007/978-3-319-47066-5_10
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发表时间：
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期刊：
影响因子：
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通讯作者：
M Sulpizi
中科院分区：
文献类型：
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作者：
R Khatib;M Sulpizi
水/矿物界面是广泛的环境和技术过程的核心。在本报告中，我们使用基于密度泛函理论的分子动力学模拟，对CaF2/水界面进行了定量的、分子水平的理解。特别是通过计算的振动和频率产生谱与实验谱的比较，我们给出了不同pH下界面的结构特征。在低pH下，表面带正电，导致相当程度的水有序。我们的研究结果表明，表面电荷来源于最上层氟离子的溶解，而不是质子吸附到表面。在高pH下，我们观察到Ca-OH指向水中的存在。这样的氢氧基不与周围的水建立氢键，因此负责“自由OH”的特征，记录在振动和频率产生谱中。
Water/mineral interfaces are central to a wide range of environmental and technological processes. In this report we provide a quantitative, molecular-level understanding of the CaF2/water interface using Density Functional Theory-based molecular dynamics simulations. In particular through the comparison of calculated Vibrational Sum Frequency Generation spectra to the experimental ones, we give a structural characterisation of the interface at different pH. At low pH, the surface is positively charged, causing a substantial degree of water ordering. Our results suggest that the surface charge originates from the dissolution of fluoride ions of the topmost layer, rather than from proton adsorption to the surface. At high pH we observe the presence of Ca-OH species pointing into the water. Such OH groups do not establish hydrogen bonds with the surrounding water, and are therefore responsible for the “free OH” signature which is recorded in the Vibrational Sum Frequency Generation spectrum.
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