Квантово-химическое моделирование отщепления молекулярного водорода от бикатионного комплекса ZnMg(BH4)4 · 4NH3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В рамках кластерного подхода с использованием базиса 6-31G* и гибридного функционала плотности B3LYP выполнено моделирование последовательного отрыва Н2 от комплексов [ZnMg(BH4)4 · 4NH3] и [Zn2Mg2(BH4)8 · 8NH3]. Установлено, что для запуска процесса дегидрирования требуется преодоление энергетического барьера ~1.25 эВ, далее процесс идет с выделением энергии до извлечения ~70% имеющегося Н2, для более высокой степени конверсии потребуются дополнительные затраты энергии. Отщепление молекул Н2 происходит через ряд промежуточных структур с существенным участием катионов металлов и формированием фрагментов цепочек на основе связей B–N, содержащих при остановке дегидрирования фрагменты N–H и В–Н, которые можно обнаружить с помощью ИК-спектроскопии.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Зюбин

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432

Т. С. Зюбина

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432

О. В. Кравченко

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; ООО “Центр водородной энергетики” (ПАО АФК “Система”)

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432; пр-т Академика Семенова, 3, Черноголовка, Московская обл., 142432

М. В. Соловьев

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432

В. П. Васильев

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; ООО “Центр водородной энергетики” (ПАО АФК “Система”)

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432; пр-т Академика Семенова, 3, Черноголовка, Московская обл., 142432

А. А. Зайцев

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432

А. В. Шиховцев

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; ООО “Центр водородной энергетики” (ПАО АФК “Система”)

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432; пр-т Академика Семенова, 3, Черноголовка, Московская обл., 142432

Ю. А. Добровольский

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН; ООО “Центр водородной энергетики” (ПАО АФК “Система”)

Email: aszyubin@bk.ru
Россия, пр-т Академика Семенова, 1, Черноголовка, Московская обл.,142432; пр-т Академика Семенова, 3, Черноголовка, Московская обл., 142432

Список литературы

  1. Ritter A., Ebner A.D., Wang J., Zidan R. // Mater. Today. 2003. V. 6. P. 18.
  2. Schlapbach L., Zuttel A. // Nature. 2001. V. 414. P. 353.
  3. Züttel A. // Mater. Today. 2003. V. 6. P. 24.
  4. Orimo S.-I., Nakamori Y., Eliseo J.R. et al. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 4111.
  5. Ouyang L., Chen K., Jiang J. et al. // J. Alloys Compd. 2020. V. 829. P. 154597.
  6. Sakintuna B., Lamari-Darkrim F., Hirscher M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 32. P. 1121.
  7. Diwan M., Diakov V., Shafirovich E., Varma A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. V. 33. P. 1135.
  8. Guo Y., Yu X., Sun W. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 1087.
  9. Richter B., Ravnsbæk D.B., Tumanov N. et al. // Dalton Trans. 2015. V. 44. P. 3988.
  10. Paskevicius M., Jepsen L.H., Schouwink P. et al. // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 1565.
  11. Wu R., Ren Z., Zhang X. et al. // J. Phys. Chem. Lett. 2019. V. 10. P. 1872.
  12. Kravchenko O.V., Kravchenko S.E., Semenenko K.N. // J. Gen. Chem. USSR. 1990. V. 60. P. 2641.
  13. Johnson S.R., David W.I.F., Royse D.M. et al. // Chem. Asian J. 2009. V. 4. P. 849.
  14. Zhao S., Xu B., Sun N. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. P. 8721.
  15. Zavorotynska O., El-Kharbachi A., Deledda S. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 14387. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.015
  16. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. P. 731. https://doi.org/10.1134/S0036023616060231
  17. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. P. 201. https://doi.org/10.1134/S0036023618020237
  18. Solovev M.V., Chashchikhin O.V., Dorovatovskii P.V. et al. // J. Power Sources. 2018. V. 377. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.090
  19. Guo Y., Xia G., Zhu Y. et al. // Chem. Commun. 2010. V. 46. P. 2599. https://doi.org/10.1039/B924057H
  20. Chu H., Wu G., Xiong Z. et al. // Chem. Mater. 2010. V. 22. P. 6021. https://doi.org/10.1021/cm1023234.
  21. Guo Y., Yu X., Sun W. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 1087. https://doi.org/10.1002/anie.201006188.
  22. Vasiliev V.P., Kravchenko O.V., Soloviev M.V. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 35320. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.100.
  23. Zhu Y., Shen S., Yang X-S. et al. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 8931. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01073.
  24. Solovev M.V., Vasiliev V.P., Shilov G.V. et al. // Russ. Chem. Bull. 2024. V. 73. P. 906. https://doi.org/10.1007/s11172-024-4204-z.
  25. Yang Y., Liu Y., Zhang Y. et al. // J. Alloys Compd. 2014. V. 585. P. 674. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.208
  26. Soloveichik G., Her J.-H., Stephens P.W. et al. // Inorg. Chem. 2008. V. 47. P. 4290. https://doi.org/10.1021/ic7023633
  27. Guo Y., Wu H., Zhou W., Yu X. // J. Amer. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 4690. http://dx.doi.org/10.1021/ja1105893
  28. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // Chem. Asian J. 2013. V. 8. P. 476. https://doi.org/10.1002/asia.201200970
  29. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 16326. http://dx.doi.org/10.1021/jp404424m
  30. Jepsen L.H., Ley M.B. et al. // Chem-Sus Chem. 2015. V. 8. P. 1452. https://doi.org/10.1002/cssc.201500029
  31. Yan Y., Dononelli W., Jorgensen M. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 9204. https://doi.org/10.1039/d0cp00158a
  32. Chen X., Yu X. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 11900. http://dx.doi.org/10.1021/jp301986k
  33. Yuan P.-F., Wang F., Sun Q. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 2836. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.075
  34. Wang K., Zhang J.-G., Lang X.-Q. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 7015. https://doi.org/10.1039/C5CP06808H
  35. Chen X., Li R., Xia G. et al. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 31027. https://doi.org/10.1039/c7ra05322c
  36. Chen X., Zou W., Li R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. P. 4241. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b00455
  37. Vasiliev V.P., Solovev M.V., Kravchenko O.V. et al. // J. Alloys Compd. 2024. V. 1008. P. 176732. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176738.
  38. Nickels E.A., Jones M.O., David W.I.F. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 2817. https://doi.org/10.1002/anie.200704949.
  39. Ravnsbæk D., Filinchuk Y., Cerenius Y. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. P. 6659. https://doi.org/10.1002/anie.200903030.
  40. Lindemann I., Ferrer R.D., Dunsch L. et al. // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. P. 8707. https://doi.org/10.1002/chem.201000831.
  41. Černy R., Kim K.C., Penin N. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 19127. https://doi.org/10.1021/jp105957r.
  42. Fang Z.Z., Kang X.D., Wang P. et al. // J. Alloys Compd. 2010. V. 491. P. L1. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.10.149.
  43. Fang Z.Z., Kang X.D., Luo J.H. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 22736. https://doi.org/10.1021/jp109260g.
  44. Aidhy D.S., Wolverton C. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 144111. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.144111.
  45. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P. 867. https://doi.org/10.1134/S0036023624600874
  46. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1591.
  47. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913
  48. Johnson B.J., Gill P.M.W., Pople J.A. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5612. https://doi.org/10.1063/1.464906
  49. Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010. https://doi.org/10.1063/1.464906

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Конфигурации системы MgZn(BH4)4 · 4NH3, возникающие при удалении до четырех молекул Н2. Цифра после буквы D обозначает количество удаленных молекул Н2.

Скачать (97KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Энергии Гиббса для конфигураций системы ZnMg(BH4)4 · 4NH3, возникающих при удалении до четырех (D0–D4) и шести (D4–D6) молекул Н2.

Скачать (39KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Конфигурации системы MgZn(BH4)4 · 4NH3, возникающие при удалении от четырех до шести молекул Н2.

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Конфигурации системы MgZn(BH4)4 · 4NH3, возникающие при удалении от шести до девяти молекул Н2.

Скачать (88KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Энергии Гиббса для конфигураций системы ZnMg(BH4)4 · 4NH3, возникающих при удалении от шести до девяти (D6–D9) молекул Н2.

Скачать (19KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от шестнадцати до семнадцати молекул Н2.

Скачать (108KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Энергии Гиббса для конфигураций системы Zn2Mg2(BH4)8 · 8NH3, возникающих при удалении от шестнадцати до девятнадцати (Q16–Q19) молекул Н2.

Скачать (39KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от семнадцати до восемнадцати молекул Н2.

Скачать (99KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от девятнадцати до двадцати одной молекулы Н2.

Скачать (104KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Энергии Гиббса для конфигураций системы Zn2Mg2(BH4)8 · 8NH3, возникающих при удалении от девятнадцати до двадцати трех (Q19–Q23) молекул Н2.

Скачать (45KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от двадцати одной до двадцати трех молекул Н2.

Скачать (103KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от двадцати трех до двадцати пяти молекул Н2.

Скачать (92KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Энергии Гиббса для конфигураций системы Zn2Mg2(BH4)8 · 8NH3, возникающих при удалении от двадцати трех до двадцати пяти (Q23–Q25) молекул Н2.

Скачать (25KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Конфигурации системы Mg2Zn2(BH4)8 · 8NH3, возникающие при удалении от двадцати четырех до двадцати шести молекул Н2.

Скачать (63KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025