Ca-함유 광물에 대한 제1원리 K-edge 흡수 스펙트럼 계산

초록

X-선 absorption near-edge structure (XANES) 분광분석은 다양한 지구물질의 칼슘(Ca)화학결합에 대한 정성적인 정보를 제공할 수 있으나, XANES 스펙트럼과 Ca 배위환경 간의 상관관계는 아직 체계적으로 규명되어 있지 않다. 이번 연구에서는 밀도범함수이론(density functional theory; DFT) 계산을 통해 대표적인 규산염(회장석, 투휘석, 그로슐라, 규회석), 탄산염(아라고나이트, 방해석, 백운석, 모노하이드로캘사이트), 티탄산염(페로브스카이트) 광물에 대한 Ca K-edge 흡수 스펙트럼과 Ca의 배위환경 사이의 상관관계를 조사하였다. DFT로 계산된 Ca K edge 흡수 스펙트럼은 실험 XANES 스펙트럼의 주요 형태를 재현할 수 있었다. 광물의 평균 Ca–O 결합거리(또는 Ca의 배위수)와 흡수-끝(absorption edge) 피크 위치 사이에 뚜렷한 상관관계는 관찰되지 않았다. 반면에 Ca의 유효배위수(effective coordination number)가 증가할수록 post-edge 피크의 세기가 감소하는 경향이 관찰되었다. Ca의 유효배위수와 post-edge 피크의 세기 사이의 상관관계는 화학조성이 비슷한 광물에서 더 뚜렷하게 나타났다. 이번 연구결과는 Ca K-edge XANES 스펙트럼을 통해 Ca의 배위 화학의 이해가 제한적으로 가능함을 제시하며, 분광분석 스펙트럼 해석에 DFT 계산 연구의 유용성을 강조한다.

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