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基于第一性原理量子模拟直接预测方解石表面润湿性

Direct Prediction of Calcite Surface Wettability with First-Principles Quantum Simulation.

作者信息

Lu Jin You, Ge Qiaoyu, Li Hongxia, Raza Aikifa, Zhang TieJun

机构信息

Department of Mechanical and Materials Engineering, Masdar Institute, Khalifa University of Science and Technology , P.O. Box 54224, Abu Dhabi, United Arab Emirates.

出版信息

J Phys Chem Lett. 2017 Nov 2;8(21):5309-5316. doi: 10.1021/acs.jpclett.7b02270. Epub 2017 Oct 17.

DOI:10.1021/acs.jpclett.7b02270
PMID:28985077
Abstract

Prediction of intrinsic surface wettability from first-principles offers great opportunities in probing new physics of natural phenomena and enhancing energy production or transport efficiency. We propose a general quantum mechanical approach to predict the macroscopic wettability of any solid crystal surfaces for different liquids directly through atomic-level density functional simulation. As a benchmark, the wetting characteristics of calcite crystal (10.4) under different types of fluids (water, hexane, and mercury), including either contact angle or spreading coefficient, are predicted and further validated with experimental measurements. A unique feature of our approach lies in its capability of capturing the interactions among various polar fluid molecules and solid surface ions, particularly their charge density difference distributions. Moreover, this approach provides insightful and quantitative predictions of complicated surface wettability alteration problems and wetting behaviors of liquid/liquid/solid triphase systems.

摘要

从第一性原理预测本征表面润湿性为探索自然现象的新物理机制以及提高能源生产或传输效率提供了巨大机遇。我们提出了一种通用的量子力学方法,通过原子级密度泛函模拟直接预测任何固体晶体表面对不同液体的宏观润湿性。作为基准,预测了方解石晶体(10.4)在不同类型流体(水、己烷和汞)下的润湿特性,包括接触角或铺展系数,并通过实验测量进一步验证。我们方法的一个独特之处在于它能够捕捉各种极性流体分子与固体表面离子之间的相互作用,特别是它们的电荷密度差分布。此外,该方法为复杂的表面润湿性改变问题以及液/液/固三相系统的润湿行为提供了有见地的定量预测。

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引用本文的文献

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