Вплив атомів нітрогену і бору, впроваджених в графеноподібну матрицю, на адсорбцію молекулярного водню
Journal Title: Поверхня - Year 2018, Vol 25, Issue 10
Abstract
Методами квантової хімії (ТФГ, B3LYP, 6-31G**) досліджені закономірності взаємодії молекул водню з графеноподібними площинами, в яких два атоми Карбону заміщені атомами Нітрогену, чи Бору. Для врахування дисперсійних внесків в енергію утворення міжмолекулярних комплексів, які виникають при формуванні адсорбційних супрамолекулярних структур, задіяна дисперсійна поправка Грімме – D3. Для дослідження впливу розміру графеноподібного кластера на енергетику хемосорбції молекулярного водню за моделі наночастинок графена взято поліароматичні молекули (ПАМ) пірену, коронену (Кор) та ту, що складається з 54 атомів Карбону, а також їх азот- та борвмісні аналоги, в яких атоми Нітрогену і Бору розміщені в пара-положенні один відносно одного, в так званій піперазиновій конфігурації атомів Нітрогену або Бору. Рівноважні просторові структури молекул реагентів, утворених комплексів з фізичною і хімічною адсорбцією молекули Н2, та продуктів дисоціативної хемосорбції знайдено мінімізацією норми градієнту повної енергії. Важливою стадією перетворення фізично сорбованої молекули Н2 на поверхні переважної більшості вуглецевих матеріалів є її розпад на два атома Гідрогену, які можуть зв’язуватися з різними атомами Карбону. При цьому утворюється значна кількість різних продуктів реакції однакового брутто-складу. Найнижчою енергією серед них має той, в якому атоми Гідрогену зв’язані з атомами Карбону, що є сусідніми до атомів Нітрогену або Бору. Встановлено, що, незалежно від розміру вуглецевої ПАМ, величина енергії хемосорбції в усіх випадках має позитивне значення і є більшою 100 кДж/моль. Енергії хемосорбції молекули водню під дією ПАМ, яка містить гетероатоми, залежить від розміру молекули, положення атомів Нітрогену або Бору і, здебільшого, має незначні від’ємні значення (до -35 кДж/моль), що свідчить про самочинність відповідного процесу. Розрахунки показали, що найменша енергія активації реакції молекули Н2 має місце з борвмісною ПАМ, а найбільша – для чистих вуглецевих ПАМ, незалежно від розміру моделей. Природа гетероатома змінює будову перехідного стану і механізм хемосорбції. Аналіз результатів квантовохімічних розрахунків засвідчив про найвищу екзотермічність дисоціативної адсорбції молекули Н2 на борвмісних графеноподібних молекулах. Для азотвмісних ПАМ екзотермічність згаданої реакції дещо нижча, для яких також показана можливість десорбції атомарного водню з поверхні останніх з подальшою рекомбінацією в газовій фазі. В той же час, для моделей чистого графеноподібного шару отримані дані свідчать про неможливість хемосорбції молекулярного водню. Без повного аналізу результатів відносно всіх можливих розміщень пари атомів Гідрогену (утворених при дисоціації молекули Н2) при їх зв’язуванні азотовмісними поліароматичними молекулами можна зазначити, що дисоціативна хемосорбція молекули Н2, незалежно від природи гетероатома в складі ПАМ, термодинамічно більш ймовірніша на периферії модельних молекул, ніж в їх центрі.
Authors and Affiliations
E. M. Demyanenko, V. V. Lobanov, A. G. Grebenyuk, O. S. Karpenko, M. T. Kartel
Keywords
Related Articles
- EP ID EP463552
- DOI 10.15407/Surface.2018.10.019
- Views 118
- Downloads 0
Изучение структуры наноалмазов и их влияния на микровязкость мембран эритроцитов крысы методом спиновых зондов
Методом ЭПР и спиновых зондов изучены некоторые особенности структуры детонационных алмазов (ДНА), антиоксидантные свойства и влияние наночастиц ДНА на микровязкость мембран эритроцитов крыс. Показано, что при концентрац...
Laser-induced phase transition and ablation on the surface of solids (Review)
Phase transitions to be the basis of wide circle of processes of change of composition, structure and properties of materials flowing of that in time is determined by kinetics of transfer of warmth and mass in solids. By...
Синтез і адсорбційні властивості кобальт-вуглецевого нанокомпозиту на основі лушпиння соняшнику
Просочення лушпиння насіння соняшнику хлоридом кобальту з подальшим піролізом при 800 °С в атмосфері аргону дозволяє отримати метал-вуглецевий магніточутливий наноком-позит з розвиненою мікропористістю. Використання дани...
Розкладання пероксидних сполук вуглецевими нанотрубками: параметри, що визначають активність каталізатора
Досліджено каталітичну активність вихідних вуглецевих нанотрубок та їхніх модифікованих форм (окиснених та допованих гетероатомами нітрогену) у реакціях розкладання пероксидів водню, бензоїлу та лаурилу у водному/неводно...
Surface species investigation of Ni-Fe catalysts of CO2 hydrogenation by TD MS analysis
The condition of Ni-Fe catalysts’ surface was investigated by the method of thermally programmed desorption with mass spectral analysis of desorbed particles (TD MS). TD spectra indicated the desorption of CO2 (m/z = 44)...