페이크네타이트(β–MnOOH) 결정구조에 대한 밀도범함수이론 계산 연구

초록

페이크네타이트(feitknechtite, β-MnOOH)는 수용액 내 Mn(II)의 산화 과정에서 형성되는 준안정한 층상형망가니즈 수산화 광물이다. 다양한 산화환원 반응에서 관찰되지만, 팔면체층의 적층 구조와 수소 위치를 포함한페이크네타이트의 결정구조는 아직 실험적으로 완전히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 밀도범함수이론을 적용하여 페이크네타이트 결정구조를 분석한 결과를 보고한다. 격자상수 계산 결과는 최근 방사광 가속기 기반 실험에서제안한 구조와 잘 일치하였다. Mn 팔면체층 사이의 수소 확산 에너지 장벽은 113 meV로 계산되었으며, 이는 실온에서 수소는 동적 무질서 거동을 보임을 시사한다. 이러한 결과는 페이크네타이트의 양성자-전자 결합의 전이를통한 망가니즈 산화환원 반응성을 이해하는 데 핵심적인 단서를 제공한다. 페이크네타이트와 함께 침전되어 새로운상으로 제안된 ε-MnOOH는 실험에서 제안한 파이로크로아이트(pyrochroite)의 적층구조 대신 페이크네타이트의적층구조를 갖는 것으로 예측되었다.

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