黏土中水纳米孔是陆地风化和沉积环境的标志之一。然而，人们对它们的许多特性仍然知之甚少。贵州大学资源与环境工程学院（喀斯特实验室）2020级硕士研究生贾继巍在吴道勇副教授指导下，通过分子动力学模拟手段，为水合伊利石纳米颗粒团聚体的性质提供了现实的预测，可以为其宏观结构研究提供重要的见解。

为了研究黏土矿物颗粒团聚和微观结构演化过程，考虑黏土矿物的边缘面效应，在原子水平上建立了六方伊利石粒子模型。由于黏土矿物的各向异性结构以及基于经验力场的键重建和晶体生成的困难，预先设置了几个颗粒的初始位置，研究不同初始构型条件下伊利石黏土矿物稳定状态的最佳接触模式。

图1. 水合伊利石分子动力学模拟初始构型

根据不同初始构型下获得的伊利石颗粒间相互作用和稳定接触模式，选择两层直径为10 nm的有限伊利石颗粒作为最小的基本构建块，其边缘具有特定的卷曲，这与实验观测到的黏土矿物边缘结构一致。研究发现增加黏土矿物颗粒数对团聚体形态影响不大，增加含水率使边-斜边形态的比例降低而重叠面形态的比例增加。孔隙宽度也随着含水率的增加而增大，水分子主要分布在黏土矿物表面1nm内。

图2. 水合伊利石颗粒微观结构演化和团聚过程

图3. 伊利石颗粒团聚过程中的分子构型(a)及能力变化(b)

相关研究成果在线发表于SCI二区期刊APPLIED CLAY SCIENCE（IF2022=5.907）。2020级硕士研究生贾继巍为第一作者，吴道勇副教授为通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.clay.2023.106850。