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本文用密度泛函(DensityFunctionalTheory，DFT)计算研究了水溶液中单核Zn2+的各种水合和水解形态的几何结构、电荷、水解反应和水合反应的自由能、焓变和熵；用EXAFS(ExtendedX-RayAbsorptionFineStructure)技术、XANES(X-RayAbsorptionNearEdgeStructure)模拟和密度泛函(DensityFunctionTheory，DFT)计算研究了不同pH(pH=7.0-8.0)下Zn2+在水锰矿表面的吸附和沉淀的微观结构。
Zn2+的各种形态的结构优化表明，稳定的水合和水解络合物分别为Zn(OH2)62+，Zn(OH)(H2O)3+，Zn(OH)2(H2O)2，Zn(OH)3-和Zn(OH)42-。NPA(NaturalPopulationAnalysis)电荷分析结果表明，对于水合离子，内层水分子的增加导致中心原子Zn上的电荷降低，而对于水解形态，内层水分子的增加使得Zn上的电荷增加。NBO表明，各种形态的Zn络合物主要是静电络合物。水解和水合反应能量计算表明，随着水解程度的加深，内层键合水分子变得困难，内层将会失去更多的水分子。Zn2+逐级水解常数逐渐减小，脱水引起的熵变不足以改变Zn2+逐级水解常数的大小顺序。
EXAFS结果表明，Zn的第一层配位Zn-O距离约为2.02A，不随pH的增大(pH从7.0变到8.0)而变化，说明Zn的构型为四面体和八面体的混合物。在pH7.0条件下，大部分Zn四面体与水锰矿表面以边连接方式吸附在{010}和{001}晶面，对应3.0A左右的距离；同时，形成少量的结构类似于ε-Zn(OH)2或者y-Zn(OH)2的多核羟基络合物，对应3.44A(四面体-四面体连接)。pH7.5和pH8.0情况下，大部分的Zn在表面形成的结构类似Zn5(OH)6(CO3)2的多核羟基络合物，其中3.11A是对应的两个Zn八面体连接，而3.53A对应Zn八面体和四面体连接。
用量子化学密度泛函和近边计算对Zn(Ⅱ)在水锰矿表面的各种吸附构型进行了研究。DFT计算表明，只有双边方式的水解簇既能解释H+释放机制，又与其中一个实验原子间距离值相吻合。能量计算结果表明，各种吸附构型的稳定性双边(DE)＞双角(DC)＞B型单边(SE-B)＞A型单边(SE-A)；各种吸附构型中的Zn离子均比溶液中水合锌离子易水解，即在实验体系中，溶液中锌离子未水解，吸附到表面后也可能发生水解。优化的各种吸附簇构型的计算XANES谱和实验XANES谱吻合得不好，因此排除了Zn(Ⅱ)在水锰矿表面是简单的吸附过程。由于Zn5(OH)6(CO3)2实验XANES谱和计算的XANES谱与吸附样品和沉淀样品的实验谱非常接近，因此认为吸附样品和沉淀样品中的Zn是八面体和四面体的混合，它们按Zn5(OH)6(CO3)2结构中的八面体和四面体排列方式排列。即理论计算也表明Zn在水锰矿表面的富集是不是单纯吸附过程，而是在吸附后又继续沉积Zn2+，形成了类似Zn5(OH)6(CO3)2结构的表面羟基络合物。