First-principles calculations of the structural, elastic and thermodynamic properties of mackinawite (FeS) and pyrite (FeS 2 )

麦金纳维 体积模量 热力学 密度泛函理论 黄铁矿 材料科学 热膨胀 剪切模量 吉布斯自由能 化学 计算化学 冶金 物理
作者
Xiangli Wen,Yuxuan Liang,Pengpeng Bai,Bingwei Luo,Teng Fang,Yue Luo,Teng An,Weiyu Song,Shuqi Zheng
出处
期刊:Physica B-condensed Matter [Elsevier BV]
卷期号:525: 119-126 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.physb.2017.09.007
摘要

The thermodynamic properties of Fe-S compounds with different crystal structure are very different. In this study, the structural, elastic and thermodynamic properties of mackinawite (FeS) and pyrite (FeS2) were investigated by first-principles calculations. Examination of the electronic density of states shows that mackinawite (FeS) is metallic and that pyrite (FeS2) is a semiconductor with a band gap of Eg = 1.02 eV. Using the stress–strain method, the elastic properties including the bulk modulus and shear modulus were derived from the elastic Cij data. Density functional perturbation theory (DFPT) calculations within the quasi-harmonic approximation (QHA) were used to calculate the thermodynamic properties, and the two Fe-S compounds are found to be dynamically stable. The isothermal bulk modulus, thermal expansion coefficient, heat capacities, Gibbs free energy and entropy of the Fe-S compounds are obtained by first-principles phonon calculations. Furthermore, the temperature of the mackinawite (FeS)⟶ pyrite (FeS2) phase transition at 0 GPa was predicted. Based on the calculation results, the model for prediction of Fe-S compounds in the Fe-H2S-H2O system was improved.

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