Optische Eigenschaften und Oberflächenreaktivität von Chalkopyrit

Abstract

In dieser Arbeit wurden die optischen Eigenschaften und die Oberflächenreaktivität von Chalkopyrit theoretisch auf der Grundlage akkurater quantenchemischer Methoden behandelt. Die hydro-metallurgische Kupfergewinnung ist ein industriell bedeutsamer Prozess, der auf atomistischer Ebene wenig verstanden ist. Daraus ergab sich als Ziel dieser Arbeit, ein Modell zu konzipieren, mit welchem sich die experimentell bestimmbaren spektroskopischen Eigenschaften darstellen lassen. Basierend auf dem Gibbs-Wulff-Theorem wurde ein Clustermodell entwickelt, das die korrekte Stöchiometrie, das Verhältnis der Oberflächenzusammensetzung, die Oberflächenoxidation und den Einfluss des Solvens berücksichtigt. <br /> Die zur Berechnung der strukturellen und optischen Eigenschaften des Systems verwendeten quantenchemischen Methoden wurden sorgfältig am Festkörpersystem evaluiert. Die Struktur von Chalkopyrit konnte mit hinreichender Genauigkeit mit dem revPBE-Funktional beschrieben werden. Die strukturellen Eigenschaften der Oberflächen und des oxidierten Clusters wurden mit globalen Optimierungsmethoden berechnet, um thermodynamische Minimum-Strukturen ausfindig zu machen, welche verwendet werden, um die spektroskopischen Eigenschaften zu berechnen. <br /> Hinsichtlich der spektroskopischen Eigenschaften wurden IR-, optische Absorptions- und Röntgenabsorption-Spektren simuliert. Dabei wurden signifikante Bereiche des experimentellen IR-Spektrums sowie das experimentelle optische Spektrum im Bereich des aktiven Raumes reproduziert. Einen besonders aufschlussreichen Vergleich zwischen Theorie und Experiment erlaubte das XA-Spektrum der Sauerstoff-<i>K</i>-Schale. Angesichts der Einbeziehung einer hinreichend großen Zahl lokaler Strukturen auf der Clusteroberfläche konnte das experimentelle Spektrum annähernd exakt reproduziert werden. Durch Projektion des berechneten Spektrums auf die Umgebung des spektroskopierten Sauerstoffatoms wurde es möglich, charakteristische Bereiche des Spektrums bestimmten Oberflächenspezies zuzuordnen. <br /> Darüber hinaus ist das hier entwickelte Modell zur Abbildung experimentell zugänglicher Eigenschaften eines komplexen Systems mithilfe von kleinen Clustersystemen auf beliebige Systeme übertragbar.