CaO的CO2、H2O分子吸附的第一性原理研究

CaO的CO2、H2O分子吸附的第一性原理研究Studio软件建模得到稳定的CaO单层结构，并利用该结构对CO2和H2O进行吸附并且优化得出最优模型。本文得到的是CaO吸附CO2形成C-O键，结果表明CaO模型能量为-2893.65549eV。CO2模型的能量为-1037.01990eV。CaO-CO2模型的能量为-3931.63734eV，所以可以得到吸附能为-0.96195eV。吸附后的CaO-CO2模型对比CaO模型在能带结构、态密度以及光学性质等方面发生变化。另一方面CaO吸附H2O形成H-O键，结果表明的CaO模型能量为-2893.65549eV。H2O模型的能量为-471.93417eV。CaO-H2O模型的能量为-3366.34309eV，所以可以得到吸附能为-0.75343eV。吸附后的CaO-H2O模型对比CaO模型在能带结构、态密度以及光学性质等方面也发生变化。

Abstract:Inthispaper,thefirstprincipleofCO2andH2OadsorptionofCaOisstudied.ThestableCaOmonolayerstructureismodeledbyMaterialsStudiosoftware,andthestructureisusedtoadsorbCO2andH2Oandoptimizethemodel.Inthispaper,CaOadsorbsCO2toformC-Obond,andtheresultsshowthattheCaOmodelenergyis-2893.65549eV.TheenergyoftheCO2modelis-1037.01990eV.TheenergyoftheCaO-CO2modelis-3931.63734eV,sotheadsorptionenergycanbe-0.96195eV.TheCaO-CO2modelafteradsorptioniscomparedwiththeCaOmodelintermsofenergybandstructure,densityofstatesandopticalproperties.Ontheotherhand,CaOadsorbsH2OtoformanH-Obond,andtheCaOmodelenergyis-2893.65549eV.TheenergyoftheH2Omodelis-471.93417eV.TheenergyoftheCaO-H2Omodelis-3366.34309eV,sotheadsorptionenergycanbe-0.75343eV.TheCaO-H2Omodelafteradsorptionalsochangedintheenergybandstructure,densityofstatesandopticalpropertiesoftheCaOmodel.目录第一章引言 6第二章第一性原理 72.1 第一性原理简介 72.2 第一性原理作用 7第三章CaO 83.1 CaO简介 83.2 氧化钙用途 8第四章CaO对CO2的吸附 94.1 CaO对CO2的吸附 94.2 CaO吸附CO2后CaO表面键长键角变化 104.3 CaO吸附CO2后吸附键键长与键角 164.4 CaO吸附CO2后CO2键长及键角变化 174.5 吸附能 184.6 能带结构与态密度变化 184.6.1 能带结构变化 18态密度变化 194.7 光学性质的变化 204.7.1 反射率变化 204.7.2 光吸收的变换 214.7.3 折射率的变化 224.7.4 介电函数的变化 234.7.5 电导率的变化 244.7.6 损失函数的变化 25第五章CaO吸附H2O 275.1 CaO吸附H2O模型 275.2 CaO吸附CO2后CaO表面键长键角变化 275.3 CaO吸附H2O后吸附键键长与键角 325.4 CaO吸附H2O后H2O键长及键角变化 335.5 吸附能 335.6 能带结构与态密度变化 345.6.1 能带结构变化 345.6.2 态密度变化 355.7 光学性质的变化 365.7.1 反射率变化 365.7.2 光吸收的变换 375.7.3 折射率的变化 385.7.4 介电函数的变化 395.7.5 电导率的变化 405.7.6 损失函数的变化 41第六章结果分析 42第一章引言众所周知，CO2的积累导致了严重的气候变化【1、2】，而现今的能源基本上都是碳基燃料，在使用过程中一般都会产生二氧化碳，尤其是在发展中国家，消耗化石燃料是推动经济发展的主要动力。与此同时化石燃料过度燃烧所产生的CO2并不能立即得到解决【3-5】。因此全世界都致力于开发减少CO2排放的新技术，联合国的大多数成员国都批准了《巴黎气候协定》以减少温室气体排放【6-9】。根据反应温度范围，固体CO2吸附剂可分为三种类型:低温(<200℃)【10】、中温(200-400℃)【11】、高温(>400℃)【12】吸附剂。近年来，使用钙基吸附剂吸附的碳酸化-煅烧循环反应分离CO2的方法引起广泛关注【13-16】。这项技术能在生物制氢技术中分离CO2【17】，也可以在双硫化煤燃烧系统中捕捉CO2【18】。通过对钙基吸附剂的研究表明CaO和Ca(OH)2的吸附能力更强，且原料来源广，制备方便【19、20】。本文MaterialsStudio分子模拟软件模拟了氧化钙表面吸附水分子和二氧化碳分子的行为，并对不同的吸附模型进行优化以及能量、能带、态密度和光学性质进行分析。第二章第一性原理第一性原理简介第一性原理通常是跟计算联系在一起的，是指在进行计算的时候除了告诉程序你所使用的原子和他们的位置外，没有其它的实验的，经验的或者半经验的参量，且具有很好的移植性。作为评价事物的依据，第一性原理和经验参数是两个极端。第一性原理是某些硬性规定或推演得出的结论，而经验参数则是通过大量实例得出的规律性的数据，这些数据可以来自第一性原理(称为理论统计数据)，也可以来自实验(称为实验统计数据)。第一性原理作用以密度泛函理论(DFT)为基础以及在此基础上发展起来的简单而具有一定精度的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的第一性原理电子结构计算方法,与传统的解析方法一样,不但能够给出描述体系微观电子特性的物理量如波函数、态密度、费米面、电子间互作用势等,以及在此基础上所得到的体现体系宏观物理特性的参量如结合能、电离能、比热、电导、光电子谱、穆斯堡尔谱等等,而且它还可以帮助人们预言许多新的物理现象和物理规律。密度泛函计算的一些结果能够与实验直接进行比较,一些应用程序的发展乃至商业软件的发布,导致了基于密度泛函理论的第一原理计算方法的广泛应用。第三章CaOCaO简介氧化钙(calciumoxide)，是一种无机化合物，它的化学式是CaO，俗名生石灰。物理性质是表面白色或带灰色块状或颗粒。溶于酸类、甘油和蔗糖溶液，几乎不溶于乙醇。相对密度3.32~3.35。熔点2572℃。沸点2850℃。折光率1.838。氧化钙为碱性氧化物，对湿敏感。易从空气中吸收二氧化碳及水分。与水反应生成氢氧化钙(Ca(OH)2)并产生大量热，有腐蚀性。氧化钙用途氧化钙主要用途有以下几种：1.可作填充剂，例如:用作环氧胶黏剂的填充剂;2.用作分析试剂，气体分析时用作二氧化碳吸收剂，光谱分析试剂，高纯试剂用于半导体生产中的外延、扩散工序，实验室氨气的干燥及醇类脱水等。3.用作原料，可制造电石、纯碱、漂白粉等，也用于制革、废水净化，氢氧化钙及各种钙化合物;4.可用作建筑材料、冶金助熔剂，水泥速凝剂，荧光粉的助熔剂;5.用作植物油脱色剂，药物载体，土壤改良剂和钙肥;6.可用作耐火材料、干燥剂;7.可用作配制农机1、2号胶和水下环氧胶黏剂，8.还用作与2402树脂预反应的反应剂;用于酸性废水处理及污泥调质;9.可用作锅炉停用保护剂，利用石灰的吸湿能力，使锅炉水汽系统的金属表面保持干燥，防止腐蚀，适用于低压、中压、小容量汽包锅炉的长期停用保护;10.可以和水反应制备氢氧化钙，反应方程式:CaO+H₂O=Ca(OH)₂，属于化合反应。第四章CaO对CO2的吸附CaO为NaCl型晶体其晶胞参数为0.481nm,各原子间主要是静电力作用，空间群为225。这里构建了CaO的单层结构，具体结构如图4-1所示。其形成能为-5.124eV，该形成能对比氧化改形成能最低要求0.48-0.78eV【21】要更加的小所以该结构能稳定形成。图4-1所示结构能稳定形成，本文就使用该模型对二氧化碳和水分子进行吸附。图4-1CaO对CO2的吸附本文中截取了单层CaO进行吸附模拟，模拟结果如图4-2所示，我们将氧化钙原子进行标示，钙原子标示为1、2、3、4、5号原子，氧原子标示为6、7、8、9号原子，二氧化碳分子上碳原子标示为10号原子氧原子标示为11、12号原子具体如图4-3所示。图4-2图4-3CaO吸附CO2后CaO表面键长键角变化从图中可以看出氧化钙的表面发生变化，部分Ca-O键的键长与键角发生变化使得3号钙原子和7、8号氧原子明显向下凹陷，其余原子也有细微变化。具体来看吸附CO2后1号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.517Å，4号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.438Å，1号钙原子7号氧原与4号钙原子之间的键角为152.283o详见图4-4。图4-4图4-5而未吸附CO2前1号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.405Å，4号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.405Å，1号钙原子7号氧原子与4号钙原子之间的键角为180.000o，详见图4-5。从图4-4与图4-5来看吸附CO2后氧化钙表面的1号钙原子与7号氧原子之间的键长伸长了0.112Å，4号钙原子与7号氧原子之间的键长伸长了0.033Å,而1号钙原子7号氧原子与4号钙原子之间的键角减少了27.717o。吸附CO2后6号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.365Å，9号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.474Å，6号氧原子3号钙原子与9号氧原子之间的键角为167.499o。详见图4-6。图4-6图4-7吸附CO2前6号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.405Å，9号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.405Å，6号氧原子3号钙原子与9号氧原子之间的键角为180.000o。详见图4-7。对比图4-6与图4-7可以发现吸附CO2使氧化钙表面的6号氧原子与3号钙原子之间的键长缩短了0.040Å，而9号氧原子与3号钙原子之间的键长伸长了0.069Å，6号氧原子3号钙原子与9号氧原子之间的键角减小了12.501o。吸附CO2后2号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.517Å，5号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.438Å，2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键角为152.283o。详见图4-8。图4-8图4-9吸附CO2前2号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.405Å，5号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.405Å，2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键角为180.000o。详见图4-9。从图4-8与图4-9来看吸附CO2后氧化钙表面的2号钙原子与8号氧原子之间的键长伸长了0.112Å，5号钙原子与8号氧原子之间的键长伸长了0.033Å,而2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键角减少了27.717o。对比图4-4与图4-8可以发现1号钙原子7号钙原子与4号钙原子之间的键长与键角和2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键长与键角是一样的。这主要是因为在原胞内钙原子表面的这两侧是相似的，所以有这一结果。吸附CO2后氧化钙表面1号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.414Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.418Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角为169.382o。详见图4-10。图4-10图4-11吸附CO2前氧化钙表面1号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.405Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.405Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角为180.000o。详见图4-11。对比图4-10和图4-11可以看出吸附CO2使得1号钙原子与6号氧原子之间的键长伸长了0.009Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长伸长了0.013Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角减小了10.618o。吸附CO2后氧化钙表面7号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.419Å，8号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.400Å，7号氧原子3号钙原子与8号氧原子之间的键角为173.052o（开口向下）。详见图4-12。吸附CO2前氧化钙表面7号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.405Å，8号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.405Å，7号氧原子3号钙原子与8号氧原子之间的键角为180.000o。详见图4-13。对比图4-12和图4-13可以看出吸附CO2使得7号氧原子与3号钙原子之间的键长伸长了0.014Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长缩短了0.005Å，7号氧原子3号钙原子与8号氧原子之间的键角减小了6.948o。图4-12图4-13吸附CO2后氧化钙表面4号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.414Å，5号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.418Å，4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键角为169.382o。详见图4-14。图4-14图4-15吸附CO2前氧化钙表面4号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.405Å，5号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.405Å，4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键角为180.000o。详见图4-15。对比图4-14和图4-15可以看出吸附CO2使得4号钙原子与9号氧原子之间的键长伸长了0.009Å，5号钙原子与9号氧原子之间的键长伸长了0.013Å，4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键角减小了10.618o。对比图4-10与图4-14可以发现1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键长与键角和4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键长与键角是一样的。这主要是因为在原胞内钙原子表面的这两侧是相似的，所以有这一结果。CaO吸附CO2后吸附键键长与键角在我们所示晶胞内CO2吸附在9号氧原子上具体如图4-16所示，10号碳原子与9号氧原子之间形成C-O键。吸附键键长1.435Å，具体如图4-17所示。吸附CO2后有三个键角，其中4号钙原子9号氧原子与10号碳原子之间的键角为87.681o，5号钙原子9号氧原子与10号碳原子之间的键角为82.343o，具体如图4-18所示。而3号钙原子9号氧原子与10号碳原子之间的键角为83.801o，具体如图4-19所示。图4-16CaO吸附CO2(CO2)图4-17CaO吸附CO2吸附键键长图4-18CaO吸附CO2吸附键键角图4-19CaO吸附CO2吸附键键角CaO吸附CO2后CO2键长及键角变化CO2模型如图4-20所示，其键长分别为1.178Å和1.179Å其键角为176.117o。吸附后CO2其CO2键长分别为1.267Å和1.247Å，其键角为131.086o。具体如图4-21所示图4-20图4-21对比图4-20和图4-21可以发现吸附后，CO2键长分别伸长了0.089Å和0.068Å，键角减小了45.031o。吸附能运用软件所带的CASTEP功能对模型进行优化，优化后可得出体系能量。图一所示的CaO模型能量为-2893.65549eV。图二十所示的CO2模型的能量为-1037.01990eV。图二所示的CaO-CO2模型的能量为-3931.63734eV。所以可以得到吸附能为-0.96195eV。能带结构与态密度变化能带结构变化吸附前CaO模型能带结构如图4-22所示，吸附后CaO-CO2模型能带结构如图4-23所示。对比图4-22和图4-23可以发现吸附后在-20—0eV之间多了部分能带，这些多出来的能带主要集中在-10—0eV。除此之外CaO模型的带隙为2.050eV，CaO-CO2模型的带隙为2.976eV，吸附使得模型的带隙增宽了0.926eV.图4-22CaO能带结构图图4-23CaO-CO2能带结构图态密度变化吸附前CaO模型态密度如图4-24所示，吸附后CaO-CO2模型态密度如图4-25所示。对比图4-24和图4-25可以发现态密度的变化也主要集中在能量为-20—0eV，吸附前能量为-15eV处有一的低峰而吸附后则在能量为-20—-15eV处有三个更低一点的的低峰。同样的吸附前在能量为-1eV处有一高峰，而吸附后则变为在能量为-7—0eV出的几个中低峰。图4-24CaO态密度图图4-25CaO-CO2态密度图光学性质的变化反射率变化吸附前CaO模型反射率如图4-26所示，吸附后CaO-CO2模型反射率如图4-27所示。对比图4-26和图4-27可以发现吸附后的反射率大体上变化不大，主要是在2-3频段处的波峰和波谷消失，4-5e频段处出现一个小波峰，9-10频段处出现一个小波峰和一个小波谷，10-11频段处出现波谷，13-14频段处出现波峰，以及27频段处的波峰频域变宽。图4-26CaO反射率图图4-27CaO-CO2反射率图光吸收的变换吸附前CaO模型光吸收如图4-28所示，吸附后CaO-CO2模型光吸收如图4-29所示。对比图4-28和图4-29可以发现变化主要集中在6-15频段内，吸附后8-9频段出现小波谷，9-10频段出现小波峰。11-12频段内出现小波谷，13-14频段内出现波峰，18-21频段内的波峰上浮以及24-30频段内的高峰更加平滑，少了两处转折。图4-28CaO光吸收图图4-29CaO-CO2光吸收图折射率的变化吸附前CaO模型折射率如图4-30所示，吸附后CaO-CO2模型折射率如图4-31所示。对比图4-30和图4-31，可以发现吸附后折射率（n）在0-3频段的波峰和波谷消失，4-6频段处出现一个波峰和波谷，9-12频段处多了一个波峰，15-33频段内大体上变化不大只是更加平滑。消光系数（k）在0-3频段内波峰、波谷消失，4-5频段内多了一段平行的直线在8-12频段内多了两处波谷和一处波峰，13-14频段内多了一个波峰，25-28频段内的波峰更加平滑。图4-30CaO折射率/消光系数图图4-31CaO-CO2折射率/消光系数图介电函数的变化吸附前CaO模型介电函数如图4-32所示，吸附后CaO-CO2模型介电函数如图4-33所示。对比图4-32和图4-33，可以发现吸附后介电函数的实部在0-3频段的波峰和波谷消失，3-6频段内出现新的波峰和波谷，5-6频段内的波峰更加尖锐，6-12频段内由一个波峰两个波谷变为两个波峰和两个波谷，12-33频段内变化不大，主要是12-21频段内更加曲折，21-33频段内更加平滑。虚部0-3频段内波峰和波谷消失4-5频段内多了一段直线9-12频段内多了一个波峰和波谷，12-15频段内多了一个波峰，25-28频段内的波峰更加平滑。图4-32CaO介电函数图图4-33CaO-CO2介电函数图电导率的变化吸附前CaO模型电导率如图4-34所示，吸附后CaO-CO2模型电导率如图4-35所示。对比图4-34和图4-35，可以发现吸附后电导率实部3-5频段内的电导率上扬，8-15频段内多了两个波峰和两个波谷，19-20频段内多了一个波峰25-28频段内的波峰更加平滑和尖锐。虚部5-6频段出的波峰更加尖锐并且下跌，7-12频段内多了两个波峰和两个波谷，15-21频段内更加曲折，27-30波段内的波峰和波谷合为一个波峰。图4-34CaO电导率图图4-35CaO-CO2电导率图损失函数的变化吸附前CaO模型损失函数如图4-36所示，吸附后CaO-CO2模型电导率如图4-37所示。对比图4-36和图4-37，可以发现吸附后损失函数0-3频段内波峰消失4-5频段内多了一段转折，7-12频段内变为两个波峰和两个波谷12-15频段内多了一个波峰和一段曲折18-21频段内多了一个波峰，27-29频段内的波峰更加高耸平滑。图4-36CaO损失函数图图4-37CaO-CO2损失函数图第五章CaO吸附H2OCaO吸附H2O模型本文中截取了单层CaO进行吸附模拟，模拟结果如图5-1所示，我们将氧化钙原子进行标示，钙原子标示为1、2、3、4、5号原子，氧原子标示为图5-1图5-26、7、8、9号原子，二氧化碳分子上碳原子标示为10、11号原子氧原子标示为12号原子具体如图5-2所示。从图中可以看出氧化钙的表面发生变化，部分Ca-O键的键长与键角发生变化使得整个氧化钙表面发生了许多细微的变化。CaO吸附CO2后CaO表面键长键角变化具体来看吸附H2O后1号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.403Å，4号钙原子与7号氧原子之间的键长为2.415Å，1号碳原子7号氧原子与4号氧原子之间的键角为173.997o。详见图5-3。图5-3图5-4从图5-3与图5-4来看吸附H2O后氧化钙表面的1号钙原子与7号氧原子之间的键长缩短了0.002Å，4号钙原子与7号氧原子之间的键长伸长0.010Å,而1号钙原子7号氧原子与4号钙原子之间的键角减少了6.003o。吸附H2O后6号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.358Å，9号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.467Å，6号氧原子3号钙原子与9号氧原子之间的键角为171.118o（开口向下）。详见图5-5。图四5-5图5-6对比图5-5与图5-6可以发现吸附H2O使氧化钙表面的6号氧原子与3号钙原子之间的键长缩短了0.047Å，而9号氧原子与3号钙原子之间的键长伸长了0.062Å，6号氧原子3号钙原子与9号氧原子之间的键角减小了8.882o。吸附H2O后2号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.403Å，5号钙原子与8号氧原子之间的键长为2.415Å，2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键角为173.997o。详见图5-7。图5-7图5-8从图5-7与图5-8来看吸附H2O后氧化钙表面的2号钙原子与8号氧原子之间的键长缩短了0.002Å，5号钙原子与8号氧原子之间的键长伸长了0.010Å,而2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键角减少了6.003o。对比图5-3与图5-7可以发现1号钙原子7号钙原子与4号钙原子之间的键长与键角和2号钙原子8号氧原子与5号钙原子之间的键长与键角是一样的。这主要是因为在原胞内钙原子表面的这两侧是相似的，所以有这一结果。吸附H2O后氧化钙表面1号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.332Å,2号钙原子与6号氧原子之间的键长为2.519Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角为165.301o。详见图5-9。图5-9图5-10对比图四5-9和图5-10可以看出吸附H2O使得1号钙原子与6号氧原之间的键长缩短了0.073Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长伸长了0.0.114Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角减小了14.699o。图5-11图5-12吸附H2O后氧化钙表面7号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.372Å，8号氧原子与3号钙原子之间的键长为2.441Å，7号氧原子3号钙原子与8号氧原子之间的键角为1776.114o。详见图四5-11。对比图5-11和图5-12可以看出吸附H2O后氧化钙表面7号氧原子与3号钙原子之间的键长缩短了0.033Å，8号氧原子与3号钙原子之间的键长伸长了0.036Å，7号氧原子3号钙原子与8号氧原子之间的键角减少了3.886o。吸附H2O后氧化钙表面4号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.332Å，5号钙原子与9号氧原子之间的键长为2.519Å，4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键角为165.301o。详见图5-13。图5-13图5-14对比图5-13和图5-14可以看出吸附H2O使得1号钙原子与6号氧原子之间的键长缩短了0.073Å，2号钙原子与6号氧原子之间的键长伸长0.114Å，1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键角减小了14.699o。对比图5-9与图5-13可以发现1号钙原子6号氧原子与2号钙原子之间的键长与键角和4号钙原子9号氧原子与5号钙原子之间的键长键角是一样的。这主要是因为在原胞内钙原子表面的这两侧是相似的，所以有这一果。CaO吸附H2O后吸附键键长与键角在我们所示晶胞内H2O吸附在9号氧原子上具体如图5-15所示，10号氢原子与9号氧原子之间形成H-O键。吸附键键长1.06Å，具体如图5-16所示。吸附H2O后有三个键角，其中4号钙原子9号氧原子与10号氢原子之间的键角为95.574o，5号钙原子9号氧原子与10号氢原子之间的键角为68.905o，具体如图5-17所示。而3号钙原子9号氧原子与10号氢原子之间的键角为71.725o，具体如图5-18所示。图4-16CaO吸附H2O（H2O）图4-17CaO吸附H2O吸附键键长图5-17CaO吸附H2O吸附键键角图图5-18CaO吸附H2O吸附键键角图CaO吸附H2O后H2O键长及键角变化H2O模型如5-19所示，其键长分别为0.971Å和0.972Å其键角为103.851o。吸附后H2O其键长分别为1.225Å和0.957Å，其键角为129.696o。具体如图5-20所示图5-19图5-20对比图5-19和图5-20可以发现吸附后，H2O键长分别伸长了0.254Å和缩短了0.015Å，键角增大了了25.845o。吸附能运用软件所带的CASTEP功能对模型进行优化，优化后可得出体系能量。图4-1所示的CaO模型能量为-2893.65549eV。图5-20所示的H2O模型的能量为-471.93417eV。图5-1所示的CaO-H2O模型的能量为-3366.34309eV。所以可以得到吸附能为-0.75343eV。能带结构与态密度变化能带结构变化吸附前CaO模型能带结构如图5-21所示，吸附后CaO-H2O模型能带结构如图5-22所示。对比图5-21和图5-22可以发现吸附后在-20—0eV之间多了部分能带，这些多出来的能带主要集中在-10—0eV以及20eV处。除此之外CaO模型的带隙为2.050eV，CaO-H2O模型的带隙为2.556eV，吸附使得模型的带隙增宽了0.206eV.。图5-21CaO能带结构图图5-22CaO-H2O能带结构图态密度变化吸附前CaO模型态密度如图5-23所示，吸附后CaO-H2O模型态密度如图5-24所示。对比图5-23和图5-23可以发现态密度的变化也主要集中在能量为-20—0eV，吸附前能量为-15eV处有一的低峰而吸附后则在能量为-20—-15eV处有三个更低一点的的低峰。同样的吸附前在能量为-1eV处有一高峰，而吸附后则变为在能量为-7—0eV出的几个中低峰。图5-23CaO态密度图图5-24CaO-H2O态密度图光学性质的变化反射率变化吸附前CaO模型反射率如图5-25所示，吸附后CaO-H2O模型反射率如图5-26所示。对比图5-25和图5-26可以发现吸附后的反射率大体上变化不大，主要是在2-3频段处的波峰和波谷消失，6-9频段处出现两个波峰一个波谷，9-10频段处的一个小波峰和一个小波谷消失，10-11频段处出现波谷，13-14频段处出现转折，以及27eV处的波峰频域变宽。图5-25CaO反射率图图5-26CaO-H2O反射图光吸收的变换吸附前CaO模型光吸收如图5-27所示，吸附后CaO-H2O模型光吸收如图5-28所示。对比图5-27和图5-28可以发现变化主要集中在6-15频段内，吸附后7-8频段出现转折，9-12频段内从一处转折变为两处，24-30频段内的高峰更加平滑，少了两处转折。图5-27CaO光吸收图图5-28CaO-H2O光吸收图折射率的变化吸附前CaO模型折射率如图5-29所示，吸附后CaO-H2O模型折射率如图5-30所示。对比图5-29和图5-30，可以发现吸附后折射率（n）在0-