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自然通讯:方解石晶体生长选择性抑制机理

        了解晶体形成过程中的行为具有重要的科学意义和经济效益,例如解释成岩作用和制备特定属性的仿生材料。方解石在全球碳循环中起着重要的连接作用,并且广泛分布于自然界中。Mg2+对方解石晶体生长的抑制作用众所周知,但是具体的抑制机理仍不明了。因此科研人员致力于寻找合适的计算模型解释不同抑制剂对方解石晶体生长具体的抑制机理。
        据2018年4月20日nature communication发表的一篇论文,S. Dobberschütz等研究人员微动力学模型(microkinetic model),根据计算机拟合的曲线明确了Mg2+、SO42-、醋酸盐及苯甲酸盐对方解石晶体生长的抑制机制。之前的研究基本都是基于离子附着和脱离率的矿物生长模型,它们无法预测超出限制条件的晶体生长行为。Andersson MP提出了一个微动力学模型,可以在很多已知的溶液组成、饱和指数、pH和杂质的实验数据的溶液中准确地再现方解石的生长。该模型中只用到单一的物理参数,即抑制剂在晶体表面的吸附能(adsorption energy)。实验对此微动力学模型进行了扩充,能利用其分析对无机和有机不同添加剂等影响晶体生长的影响。
        微动力学模型中的离子吸附速率数据由经典模型计算得到,通过公式计算每种抑制剂的抑制因子,得到的曲线与其它几种模型高度吻合,说明了微动力学模型的可行性。作者分析曲线推断SO42-抑制机制是只有一步阻断(step blocking);Mg2+、MgSO4抑制机制主要是步骤阻断,溶液络合(solution complexing)对其只有微弱的影响;醋酸盐和苯甲酸盐抑制机制主要是溶液络合,步骤阻断起作用微弱。作者认为此论文的研究结果将促进对时间和空间上大范围的晶体结晶过程的深层理解,而且有望能够系统地设计和控制生长特定形状晶体的抑制剂。

 (来源:QYIM & AMSC ST XIA编报)

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