黏土矿物是天然存在的、含量丰富、价格低廉、无污染的纳米材料，除了陶瓷和纸张涂层等传统用途，还有许多新的用途，如具有优异吸附性能的新型有机黏土的设计、污染控制和环境保护等。长期以来，对黏土矿物的研究主要集中在地质、岩土和矿物等方向的实验测试和理论分析，但从物质构成出发，对黏土矿物电子结构、掺杂机制、吸附性能等进行数值计算的研究尚不系统、不完善。
本书采用数值模拟和理论分析相结合的研究方法，从原子尺度对黏土矿物主要成分高岭石和蒙脱石的晶体结构进行了较为系统和深入的研究，并探讨了不同杂质存在时其对多种小分子和重金属原子的吸附行为，揭示了黏土矿物的电子性质、掺杂机制和吸附特性的微观机理，为深入认识和理解黏土矿物的物理化学性质提供了理论基础和支持。
本书共6章，主要内容包括绪论、黏土矿物晶体结构及其微观特征、黏土矿物内部掺杂机制、黏土矿物表面的吸附特性、杂质成分对黏土矿物表面吸附性质的影响、结论与展望。
本书可供岩土工程、地质工程、矿物学、环境等专业的专业技术人员、科研人员和研究生参考。
第1章 绪论
1.1 黏土和黏土矿物
1.2 黏土矿物晶体结构研究现状
1.3 黏土矿物掺杂机制研究现状
1.4 黏土矿物吸附特性研究现状
第2章 黏土矿物晶体结构及其微观特征
2.1 黏土矿物的晶体结构
2.1.1 高岭石1∶1层结构
2.1.2 蒙脱石2∶1层结构
2.2 理论基础与计算方法
2.2.1 量子力学基础
2.2.2 密度泛函理论
2.2.3 第一性原理计算方法
2.2.4 VASP程序包介绍
2.3 高岭石分子结构和电子性质
2.3.1 分子结构
2.3.2 电子结构和电荷分布
2.3.3 能带结构
2.4 蒙脱石分子结构和电子性质
2.4.1 分子结构
2.4.2 电子结构和电荷分布
2.4.3 能带结构
第3章 黏土矿物内部掺杂机制
3.1 高岭石内部单掺杂机制
3.1.1 单杂质形成能和跃迁能级
3.1.2 杂质在高岭石内部的电荷密度和态密度分布
3.2 蒙脱石内部单掺杂机制
3.2.1 单杂质形成能和跃迁能级
3.2.2 杂质在蒙脱石内部的电荷密度和态密度分布
3.3 高岭石内部双掺杂机制
3.3.1 双杂质形成能和跃迁能级
3.3.2 双杂质在高岭石内部的电荷密度和态密度分布
第4章 黏土矿物表面的吸附特性
4.1 H2O在高岭石表面（001）的吸附特性
4.1.1 清洁的高岭石表面（001）
4.1.2 H2O分子的性质
4.1.3 单个H2O在高岭石表面（001）的吸附
4.1.4 H2O分子在高岭石表面（001）的扩散过程
4.1.5 H2O分子在高岭石表面（001）的解离过程
4.1.6 H2O分子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.2 CO2在高岭石表面（001）的吸附特性
4.2.1 CO2分子的性质
4.2.2 单个CO2在高岭石表面（001）的吸附
4.2.3 CO2分子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.3 CO在高岭石表面（001）的吸附特性
4.3.1 CO分子的性质
4.3.2 单个CO在高岭石表面（001）的吸附
4.3.3 CO分子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.4 H2在高岭石表面（001）的吸附特性
4.4.1 H2分子的性质
4.4.2 单个H2在高岭石表面（001）的吸附
4.4.3 H2分子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.5 CH4在高岭石表面（001）的吸附特性
4.5.1 CH4分子的性质
4.5.2 单个CH4在高岭石表面（001）的吸附
4.5.3 CH4分子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.6 重金属在高岭石表面（001）的吸附特性
4.6.1 单个重金属原子在高岭石表面（001）的吸附
4.6.2 重金属原子团簇结构在高岭石表面（001）的吸附
4.6.3 重金属在高岭石表面（001）的扩散过程
第5章 杂质成分对黏土矿物表面吸附性质的影响
5.1 软岩黏土矿物中常见的杂质成分
5.2 不同杂质对高岭石原子和电子结构的影响
5.3 不同杂质对高岭石表面吸附水分子的影响
5.4 不同杂质对高岭石表面吸附水分子团簇的影响
5.5 不同杂质对高岭石表面渗透水分子的影响
第6章 结论与展望
参考文献
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