苏绍明, 邹 珍

(中国冶金地质总局 中南地质勘查院，湖北 武汉 430081)

高岭土结构的多磁场27Al NMR 波谱和ab initio量子理论计算研究

苏绍明, 邹 珍

(中国冶金地质总局 中南地质勘查院，湖北 武汉 430081)

自上世纪80年代以来,试图使用魔角旋转固体核磁共振(MAS NMR)波谱来分辨高岭土结构两个不同27Al结晶位置的多次尝试均未获成功,所以本次研究试图通过结合量子理论计算和多场MAS NMR和MQMAS波谱再次尝试分辨出高岭土结构中的不同27Al位置。超高场如21 T所引起的高各向异性化学位移作用(CSA)可能会超过四极核作用(QI),这对于具较小Cq的27Al位置(如高岭土结构)而言尤为如此。而低场如4.68 T中,QI则是主宰的核磁共振作用,但是,由于高岭土结构中两个27Al位置的环境很相似,所以,通常27Al MAS NMR也无法分辨出这两个27Al 位置。结合完全势能线型增广平面波(FP LAPW)+局域轨道法(lo)、分子轨道(MO)的abinitio量子理论计算,从多量子魔角旋转波谱、卫星跃迁波谱中可得到高岭土结构中两个27Al位置的准确核磁共振参数如Cq、η、CSA 和δiso等。

高岭土;27Al MAS NMR;MQMAS;SATRAS;FP LAPW理论计算模型;CASTEP;分子轨道计算模型

1 概述

固体魔角旋转核磁共振 (MAS NMR)波谱能提供各向同性化学位移 (δiso)、各向异性 (CSA),偶极相互作用(DD)和四极核作用 (QI)等信息。这些核磁共振参数能对应着结构特征如键长、键角、配位类型、聚合度和原子间的替换[1-3],所以MAS NMR可以提供矿物在原子、分子尺度上的精细局域结构信息。例如,铝硅酸盐的27Al NMR参数与配位数、多面角畸变和聚合度间的相关性已经被成功建立[4]。但是,矿物中的多结构位置、原子间的替换所造成的无序性常造成NMR谱峰的叠合,从而降低波谱分辨率、无法得出准确的各种NMR参数。……