为阐明水分子在高岭石表面扩散特性受电场作用影响的微观机理,构建了高岭石超晶胞模型,采用巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)及分子动力学(MD)模拟方法,并利用相关Perl程序得到了不同电场条件下高岭石表面水分子极化构象与吸附形态、扩散系数、相互作用能以及氢键的演化规律。模拟结果表明:电场极化作用会使水分子在高岭石表面的吸附形态呈有序的正倒“V”字型,远离高岭石表面羟基,向真空层中扩散。电场强度为1010 V/m时,受库仑作用力影响,水分子H—O—H键的夹角减小3°;水分子在高岭石表面扩散呈各向异性,X,Y方向扩散系数相近,且远大于Z方向,水分子更易在XY平面方向扩散。水分子扩散系数随电场强度增加而增大,电场的正负方向对水分子的扩散系数的影响不大;水分子与高岭石的相互作用能以静电作用能和氢键作用能为主。施加电场后静电作用能和氢键作用能大幅降低,相互作用能与电场强度负相关。电场作用减弱了高岭石表面对水分子的束缚作用,有利于高岭石表面水分子的扩散;随电场强度增大水分子与高岭石表面氢键作用减弱,氢键数量减少,高岭石晶面亲水性降低。
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