Наукова періодика України Поверхня


Дем'яненко Є. М. 
Вплив атомів нітрогену і бору, впроваджених в графеноподібну матрицю, на адсорбцію молекулярного водню / Є. М. Дем'яненко, В. В. Лобанов, А. Г. Гребенюк, О. С. Карпенко, М. Т. Картель // Поверхность. - 2018. - Вып. 10. - С. 19-36. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pov_2018_10_4
Методами квантової хімії (ТФГ, B3LYP, 6-31G<^>**) досліджено закономірності взаємодії молекул водню з графеноподібними площинами, в яких 2 атоми карбону заміщені атомами нітрогену, чи Бору. Для врахування дисперсійних внесків в енергію утворення міжмолекулярних комплексів, які виникають у процесі формування 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 та ту, що складається з 54 атомів карбону, а також їх азот- та борвмісні аналоги, в яких атоми нітрогену та бору розміщені в параположенні один відносно одного, в так званій піперазиновій конфігурації атомів нітрогену або бору. Рівноважні просторові структури молекул реагентів, утворених комплексів із фізичною та хімічною адсорбцією молекули H2, і продуктів дисоціативної хемосорбції знайдено мінімізацією норми градієнту повної енергії. Важливою стадією перетворення фізично сорбованої молекули H2 на поверхні переважної більшості вуглецевих матеріалів є її розпад на 2 атома гідрогену, які можуть зв'язуватися з різними атомами карбону. У цьому випадку 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 H2 має місце з борвмісною ПАМ, а найбільша - для чистих вуглецевих ПАМ, незалежно від розміру моделей. Природа гетероатома змінює будову перехідного стану та механізм хемосорбції. Аналіз результатів квантовохімічних розрахунків засвідчив про найвищу екзотермічність дисоціативної адсорбції молекули H2 на борвмісних графеноподібних молекулах. Для азотвмісних ПАМ екзотермічність згаданої реакції є дещо нижчою, для яких також показана можливість десорбції атомарного водню з поверхні останніх із 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 за дисоціації молекули H2) у разі їх зв'язування азотовмісними поліароматичними молекулами можна зазначити, що дисоціативна хемосорбція молекули H2, незалежно від природи гетероатома в складі ПАМ, термодинамічно є більш імовірнішою на периферії модельних молекул, ніж в їх центрі.
  Повний текст PDF - 1.39 Mb    Зміст випуску     Цитування публікації

Цитованість авторів публікації:
  • Дем'яненко Є.
  • Лобанов В.
  • Гребенюк А.
  • Карпенко О.
  • Картель М.

  • Бібліографічний опис для цитування:

    Дем'яненко Є. М. Вплив атомів нітрогену і бору, впроваджених в графеноподібну матрицю, на адсорбцію молекулярного водню / Є. М. Дем'яненко, В. В. Лобанов, А. Г. Гребенюк, О. С. Карпенко, М. Т. Картель // Поверхность. - 2018. - Вып. 10. - С. 19-36. - Режим доступу: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Pov_2018_10_4.

    Додаткова інформація про автора(ів) публікації:
    (cписок формується автоматично, до списку можуть бути включені персоналії з подібними іменами або однофамільці)
  • Дем'яненко Євгеній Миколайович (фізико-математичні науки)
  • Лобанов Віктор Васильович (1945–) (фізико-математичні науки)
  • Гребенюк Анатолій Георгійович (хімічні науки)
  • Карпенко Олександр Сергійович (хімічні науки)
  • Карпенко Оксана Сергіївна (1987–) (фізико-математичні науки)
  • Карпенко Олена Сергіївна (хімічні науки)
  • Картель Микола Тимофійович (1948–) (хімічні науки)
  •   Якщо, ви не знайшли інформацію про автора(ів) публікації, маєте бажання виправити або відобразити більш докладну інформацію про науковців України запрошуємо заповнити "Анкету науковця"
     
    Відділ інформаційно-комунікаційних технологій
    Пам`ятка користувача

    Всі права захищені © Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського