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  5. Activation energy of aluminate dissolution in metakaolin: MLFF-accelerated DFT study of vdW and hydration shell effects
 
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2025
Zweitveröffentlichung
Artikel
Verlagsversion

Activation energy of aluminate dissolution in metakaolin: MLFF-accelerated DFT study of vdW and hydration shell effects

File(s)
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Hauptpublikation
D5NA00103J.pdf
CC BY 3.0 Unported
Format: Adobe PDF
Size: 1.42 MB
TUDa URI
tuda/14038
URN
urn:nbn:de:tuda-tuprints-307297
DOI
10.26083/tuprints-00030729
Autor:innen
Izadifar, Mohammadreza ORCID 0000-0002-8153-4834
Ukrainczyk, Neven ORCID 0000-0003-4122-0547
Schönfeld, Klara
Koenders, Eduardus ORCID 0000-0001-8664-2554
Kurzbeschreibung (Abstract)

This research utilizes computational chemistry to investigate the complex mechanisms driving the dissolution of thermally activated metakaolin (MK) clay, a key supplementary cementitious material (SCM) in the manufacturing of concrete and geopolymer-based materials, thereby contributing to a reduced carbon footprint. A thorough exploration of the dissolution process is fundamental for fully understanding its pozzolanic reactivity. Expanding on our recent investigations into SiO₄⁴⁻ dissolution in MK, this work addresses critical data gaps in understanding the dissolution behavior of aluminate species. The findings complement essential input for microscopic forward dissolution rate computations using the atomistic kinetic Monte Carlo (kMC) upscaling approach. To this end, the study calculates the atomistic activation energy (ΔEa) of aluminate species at the transition state for the hydrolysis reaction using machine learning force fields (MLFF) based on density functional theory (DFT) and the improved dimer method (IDM) under far-from-equilibrium conditions, focusing on three activators: NaOH, KOH, and water. The analysis explores both the presence and absence of van der Waals (vdW) interactions, along with varying geometric configurations of hydration shells surrounding cations (Na⁺, K⁺) and the hydroxide anion (OH⁻). The findings indicate that KOH generally exhibits lower ΔEa than NaOH, especially when vdW interactions are considered. Moreover, the findings emphasize that reduced hydration shells around KOH and NaOH lead to lower ΔEa for the dissolution of aluminate species.

Sprache
Englisch
Fachbereich/-gebiet
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Werkstoffe im Bauwesen
DDC
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 690 Hausbau, Bauhandwerk
Institution
Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt
Ort
Darmstadt
Titel der Zeitschrift / Schriftenreihe
Nanoscale Advances
Startseite
4325
Endseite
4335
Jahrgang der Zeitschrift
7
Heftnummer der Zeitschrift
14
ISSN
2516-0230
Verlag
Royal Society of Chemistry
Ort der Erstveröffentlichung
Cambridge
Publikationsjahr der Erstveröffentlichung
2025
Verlags-DOI
10.1039/D5NA00103J

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