Theoretical investigation of outer-sphere adsorption of hydrated yttrium ion on the basal surfaces of kaolinite: A density functional study

吸附 高岭石 离子 化学 密度泛函理论 原子轨道 电子转移 粘土矿物 化学物理 无机化学 化学工程 材料科学 电子 计算化学 物理化学 矿物学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Bing Li,Xuefa Shi,Chuanshun Li,Qingfeng Hua,Xinfang Li,Quanshu Yan
出处
期刊:Chemical Geology [Elsevier BV]
卷期号:641: 121769-121769 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.chemgeo.2023.121769
摘要

Ion-adsorption deposits (IADs) are important types of REE deposits. Previous studies have found that, in IAD, REE3+ adsorb on the surface of clay minerals in the form of multi-coordinated hydrated complexes, [REE(H2O)8/9]3+, forming exchangeable outer-sphere adsorption complex. Actually, there are two types of basal surfaces in clay minerals, the (001) surface and the (00−1) surface, and it is not clear whether there are differences in the adsorptions on these two types. Additionally, the electron transfer mechanism in the adsorption structures cannot be revealed. To address these issues, we employ first-principles calculations based on density functional study to simulate the outer-sphere adsorption structures of representative Y3+ ion on the two types of basal surface of kaolinite. The study reveals that both the (001) surface and the (00–1) surface can serve as adsorption surfaces, but the (00–1) surface forms more stable adsorption structures with adsorbate-[Y(H2O)8]3+ due to the absence of hydroxyl group repulsion effects. The adsorption process involves electron transfer from the kaolinite basal surface to the adsorbate, forming hydrogen bonds. The primary orbital interaction in this process is between the O-2p orbitals of the adsorbate and the surface O-2p orbitals. This work contributes to a quantum-level understanding of the nature of ion adsorption in ion-adsorption deposit.
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