土壤水的吸附顯著(zhù)影響土壤的物理和力學(xué)性質(zhì)，該過(guò)程主要發(fā)生在黏土礦物-水界面上，且黏土礦物表面的不同官能團對水的吸附行為存在一定影響。因此研究黏土礦物表面水的吸附行為對于黏土-水相互作用機制的理解非常關(guān)鍵。

　　武漢巖土力學(xué)研究所董毅研究員長(cháng)期致力于包括黏土礦物微觀(guān)作用機理和非飽和土吸附在內的多相巖土介質(zhì)力學(xué)與工程方面的研究。針對水在高嶺土外表面吸附行為這一課題，運用分子動(dòng)力學(xué)和元動(dòng)力學(xué)方法，基于提出的熱力學(xué)框架，研究了水吸附時(shí)基質(zhì)勢能、吸附結構和吸附順序等性質(zhì)。結果表明：高嶺土側面由于質(zhì)子化和去質(zhì)子化過(guò)程，相比基面具有更強的吸附特性（側面最低基質(zhì)勢能可達 1.86 GPa，低于基面的(0.92 GPa），吸附水主要形成H-up和H-down兩種結構，這種差異主要由礦物表面氫鍵作用導致；水分子會(huì )優(yōu)先吸附在側面，其次吸附在基面；結合實(shí)驗測得的Georgia高嶺土的吸附等溫線(xiàn)，運用修正BET模型分析，對Georgia高嶺土的吸附等溫線(xiàn)做了側面吸附和基面吸附的分解，驗證了該吸附順序。該成果為黏土礦物持水和力學(xué)特性的研究提供了吸附過(guò)程的微觀(guān)機理解釋。

　　上述研究獲得了國家自然科學(xué)基金NSFC-41702338、NSFC-51779254和NSFC-42277178的資助，相關(guān)成果以論文“Water adsorption on kaolinite basal and edge surfaces”發(fā)表在國際化學(xué)權威期刊Langmuir上。

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c03282

圖1 水在高嶺土外表面的吸附順序及微觀(guān)SEM掃描　　  

圖2 Georgia高嶺石側面與基面吸附等最低基質(zhì)勢能分析計算結果　　 　

圖3 Georgia高嶺土吸附等溫線(xiàn)的分析以及基面與側面最低勢能的分子動(dòng)力學(xué)模擬驗證