Bader电荷（巴德）-利用巴德电荷分析揭示硅酸二钙和硅酸三钙的水合反应活性差异

普通硅酸盐水泥作为一种重要的水泥材料，在土木工程等领域得到了广泛的应用。虽然硅酸盐水泥对全球的发展做出了巨大的贡献，但它的生产是相当消耗能源的。例如，原料(即石灰石)在冷却和研磨前应加热到1400℃。因此，全球约5%-7%的二氧化碳排放可能与水泥生产有关。因此，水泥行业最重要的优先事项之一是环境、水利和胶结膏体充填的发展。通过提高其水化反应性或降低其生产温度来实现友好型水泥。在比较β-C₂S和M₃-C₃S过程中，通过密度泛函理论研究了它们在晶胞中、表面重建过程中和单水吸附后的结构特性和巴德电荷。并利用巴德电荷确定了β-C₂S和M3-C₃S中不同类型的原子。M3-C3S胞内存在一种具有特殊键特性(无O-Si键)和高反应活性的Ol原子。Bader电荷分析表明，M₃-CS中Ca和O原子的反应性普遍高于B-CS。B-C₂S和M₃-CS的Ca/O原子平均价电子数分别为6.437/7.550和6.481/7.537。M3-C₃S水分子在表面获得的电子数高于B-CS。H₂O在B-CS和M₃-CS上的价电子平均变化量分别为0.041和0.226^[1]。Bader电荷计算是分析电荷密度的一种可靠方法。在这种方法中，连续的电子密度被划分为以单个原子电荷密度的最小值为界的区域、。通过DFT计算，我们得到了经过计算的每个原子的价电子信息。所采用赝势中的每个原子的价电子减去所计算的值是相应的巴德电荷。

[1]Qi, C., Xu, X. & Chen, Q. Hydration reactivity difference between dicalcium silicate and tricalcium silicate revealed from structural and Bader charge analysis[J]. Int J Miner Metall Mater, 2022, (29): 335-344.

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