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密度汎関数理論（DFT）およびCar-Parrinello Molecular Dynamics（CPMD）シミュレーションを使用して、水素イオン（H3O+）の吸着と結合形成を[式：テキストを参照]方式の表面に調査しました。25％から100％の表面被覆率の場合、H3O+相互作用の性質は、結合臨界点のコンテキストで電子密度とエネルギーを介して調査されました。吸着型吸着剤構造は、ペア相関関数のシミュレーションによって研究されました。結果は、水分子とプロトンへの解離がH3O+イオン吸着剤を補完することを明らかにしました。H2O分子は、そのO原子を介して表面に吸着し、閉シェルモードで表面カルシウムと相互作用します。H+イオンは、水でH結合を維持しながら、表面酸素に共有結合を行います。吸着エネルギーは、オブリッジ結合H+イオンを手動で受球に移したときに、70-90 kJ mol-1によって減少しました。H3O+イオンの解離性吸着は、テストされたすべての表面被覆率で自発的ですが、自由エネルギーは75％の被覆で最も低かった。また、完全に耐性のある方解石表面のプロトン化は、水分子と表面との相互作用が強くなります。保湿方解石に関するこのユニークな見通しは、このミネラルの生体原性に関する具体的な洞察を提供し、生体材料吸着の分野におけるさらにpHの結果を描写するのに役立ちます。方解石の表面へのヒドロニウムイオンのグラフィカルな抽象的解離吸着。
密度汎関数理論（DFT）およびCar-Parrinello Molecular Dynamics（CPMD）シミュレーションを使用して、水素イオン（H3O+）の吸着と結合形成を[式：テキストを参照]方式の表面に調査しました。25％から100％の表面被覆率の場合、H3O+相互作用の性質は、結合臨界点のコンテキストで電子密度とエネルギーを介して調査されました。吸着型吸着剤構造は、ペア相関関数のシミュレーションによって研究されました。結果は、水分子とプロトンへの解離がH3O+イオン吸着剤を補完することを明らかにしました。H2O分子は、そのO原子を介して表面に吸着し、閉シェルモードで表面カルシウムと相互作用します。H+イオンは、水でH結合を維持しながら、表面酸素に共有結合を行います。吸着エネルギーは、オブリッジ結合H+イオンを手動で受球に移したときに、70-90 kJ mol-1によって減少しました。H3O+イオンの解離性吸着は、テストされたすべての表面被覆率で自発的ですが、自由エネルギーは75％の被覆で最も低かった。また、完全に耐性のある方解石表面のプロトン化は、水分子と表面との相互作用が強くなります。保湿方解石に関するこのユニークな見通しは、このミネラルの生体原性に関する具体的な洞察を提供し、生体材料吸着の分野におけるさらにpHの結果を描写するのに役立ちます。方解石の表面へのヒドロニウムイオンのグラフィカルな抽象的解離吸着。
We used density functional theory (DFT) and Car-Parrinello molecular dynamics (CPMD) simulation to investigate the adsorption and bond formation of hydronium ion (H3O+) onto a [Formula: see text] calcite surface. For surface coverage of 25% to 100%, the nature of H3O+ interaction was explored through electron density and energetics in the context of bond critical points. The adsorbate-adsorbent structure was studied by simulation of pair correlation function. The results revealed that dissociation into water molecule(s) and proton(s) complements H3O+ ion(s) adsorbtion. The H2O molecule adsorbs onto the surface via its O atom, and interacts with surface calcium in a closed-shell mode; the H+ ion makes a covalent bond to the surface oxygen while maintaining H-bonding with water. Adsorption energies were diminished by 70-90 kJ mol-1 when Obridge-bonded H+ ions transferred to the Oterminal manually. While dissociative adsorption of H3O+ ions is spontaneous at all surface coverages tested, the free energy was lowest at 75% coverage. Also, protonation of a completely pre-hydrated calcite surface leads to stronger interaction of water molecules with the surface. This unique outlook on hydrating calcite provides specific insights into biomineralization of this mineral, and helps depict further pH consequences in the field of biomaterial adsorption. Graphical abstract Dissociative adsorption of hydronium ion onto the surface of calcite.
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