КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ГИДРОКСИД-ИОНА НА МЕТАЛЛАХ IB ГРУППЫ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
02.09.2009 г.

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ГИДРОКСИД-ИОНА НА МЕТАЛЛАХ IB ГРУППЫ ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

И. В. Нечаев, А. В. Введенский

 

Воронежский государственный университет Университетская пл. 1, Воронеж, 394006, Россия

Поступила в редакцию 09.07.2008 г.

Изучено взаимодействие гидроксид-иона с (001), (011) и (111) гранями Cu, Ag и Au в газовой фазе и бесконечно разбавленном водном растворе в рамках теории функционала плотности (DFT B3LYP). Адсорбционные поверхности моделировались n-атомными кластерами (n = 10–18), наличие растворителя учитывалось в рамках комбинированной молекулярно-континуальной модели, при этом влияние полярного диэлектрического окружения описывалось с помощью модели самосогласованного реактивного поля растворителя – COSMO. Установлены состав и структура гидратированного аниона OH–, а также рассчитана его энергия гидратации, неплохо согласующаяся с экспериментальными данными. Выявлен относительный вклад природы металла, ориентации кристаллической грани и адсорбционного положения в формировании адсорбционных характеристик, рассчитаны геометрические параметры хемосорбционной связи и степень частичного переноса заряда. Сравнительный анализ полученных результатов показывает, что адсорбционное положение on top, которое в случае газофазной адсорбции является наименее энергетически выгодным, в водном растворе оказывается преимущественным, что объясняется повышенной устойчивостью адсорбционного комплекса для on top-позиции.

PACS: 68.43.-h

Список литературы

  1. Fleischer A., Lander J.J. Zink-silver oxide batteries. N.Y.: Wiley, 1971.
  2. Strbac S., Adzic R.R. // J. Electroanal. Chem. 1996. V. 403. P. 169.
  3. Angerstein-Kozlowska A., Conway B.E., Hamelin A. // J. Electroanal. Chem. 1990. V. 277. P. 233.
  4. Sun S.-G., Chen A. // Electrochim. Acta. 1994. V. 39. P. 969.
  5. Canepa M. et al. // Surface Sci. 1995. V. 343. P. 176.
  6. Borbach M., Stenzel W., Conrad H., Bradshaw A.M. // Surface Sci. 1997. V. 377–379. P. 796.
  7. Bedurftig K. et al. // J. Chem. Phys. 1999. V. 111. P. 11147.
  8. Chen A., Lipkowski J. // J. Phys. Chem. B. 1999. V. 103. P. 682.
  9. Berna A., Climent V., Feliu J.M. // Electrochem. Comm. 2007. V. 9. P. 2789.
  10. Magnussen O.M. // Chem. Rev. 2002. V. 102. P. 679.
  11. Yang H., Whitten J.L. // Surface Sci. 1989. V. 223. P. 131.
  12. Hu Z., Nakatsuji H. // Surface Sci. 1999. V. 425. P. 296.
  13. Koper M.T.M., van Santen R.A. // J. Electroanal. Chem. 1999. V. 472. P. 126.
  14. Patrito E.M., Paredes-Olivera P. // Surface Sci. 2003. V. 527. P. 149.
  15. Roques J., Anderson A.B. // J. Electrochem. Soc. 2004. V. 151. P. E85.
  16. Kokh D.B., Buenker R.J., Whitten J.L. // Surface Sci. 2006. V. 600. P. 5104.
  17. Taylor C.D., Kelly R.G., Neurock M. // J. Electroanal. Chem. 2007. V. 607. P. 167.
  18. Эмсли Дж. Элементы. М.: Мир, 1993. 256 с.
  19. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 1372.
  20. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648.
  21. Frisch M.J. et al. Gaussian 03 (Rev. C.02). Pittsburgh: Gaussian, Inc., 2003.
  22. Rassolov V.A., Pople J.A., Ratner M.A., Windus T.L. // J. Chem. Phys. 1998. V. 109. P. 1223.
  23. Wadt W.R., Hay P.J. // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. P. 284.
  24. Hay P.J., Wadt W.R. // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. P. 299.
  25. Barone V., Cossi M. // J. Phys. Chem. A. 1998. V. 102. P. 1995.
  26. Mulliken R.S. // J. Chem. Phys. 1961. V. 36. P. 3428.
  27. Adzic R.R. // J. Electroanal. Chem. 1984. V. 165. P. 105.
  28. Кузнецов Ан.М., Маслий А.Н., Шапник М.С. // Электрохимия. 2000. Т. 36. С. 1477.
  29. Thiel P.A., Madey T.E. // Surface Sci. Rep. 1987. V. 7. P. 211.
  30. Henderson M.A. // Surface Sci. Rep. 2002. V. 46. P. 1.
  31. Morgenstern M., Michely T., Comsa G. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 703.
  32. Firment L.E., Somorjay G.A. // J. Chem. Phys. 1975. V. 63. P. 1037.
  33. Firment L.E., Somorjay G.A. // Surface Sci. 1979. V. 84. P. 275.
  34. Morgenstern K., Nieminen J. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 88. P. 066102.
  35. Morgenstern K., Rieder K.-H. // J. Chem. Phys. 2002. V. 116. P. 5746.
  36. Mitsui T. et al. // Science. 2002. V. 297. P. 1850.
  37. Haq S., Harnett J., Hodgson A. // Surface Sci. 2002. V. 505. P. 171.
  38. Meng S., Xu L.F., Wang E.G., Gao S. // Phys. Rev. Lett. 2002. V. 89. P. 176104.
  39. Stuve E.M., Madix R.J., Sexton B.A. // Surface Sci. 1981. V. 111. P. 11.
  40. Valette G. // J. Electroanal. Chem. 1982. V. 139. P. 285.
  41. Klaua M., Madey T.E. // Surface Sci. Lett. 1984. V. 136. P. L42.
  42. Bange K., Madey T.E., Sass J.K., Stuve E.M. // Surface Sci. 1987. V. 183. P. 334.
  43. Au C.-T., Breza J., Roberts M.W. // Chem. Phys. Lett. 1979. V. 66. P. 340.
  44. Ignaczak A., Gomes J.A.N.F. // J. Electroanal. Chem. 1997. V. 420. P. 209.
  45. Ribarsky M.W., Luedtke W.D., Landman U. // Phys. Rev. B. 1985. V. 32. P. 1430.
  46. Meng S., Wang E.G., Gao S. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 195404.
  47. Holloway S., Bennemann K.H. // Surface Sci. 1980. V. 101. P. 327.
  48. Kuznetsov An.M., Nazmutdinov R.R., Shapnik M.S. // Electrochim. Acta. 1989. V. 34. P. 1821.
  49. Neves R.S. et al. // J. Electroanal. Chem. 2007. V. 609. P. 140.
  50. Ranea V.A. et al. // Phys. Rev. B. 2004. V. 69. P. 205411.
  51. Trasatti S. // J. Electroanal. Chem. 1992. V. 329. P. 237.
  52. Doubova L.M. et al. // Russ. J. Electrochem. 2002. V. 38. P. 20.
  53. Васильев В.П. и др. // Журн. физ. химии. 1960. Т. 34. № 8. С. 1763.
  54. Химия и периодическая таблица / Под ред. Сайто К. М.: Мир, 1982. 320 c.
  55. Bockris J.O'M., Reddy A.K.N. Modern electrochemistry. V. 1. Ionics. N.Y., London: Plenum Press, 1993.
  56. Дамаскин Д.Д., Петрий О.А., Цирлина Г.А. Электрохимия. М.: Химия, Колос, 2006.
  57. Эйзенберг Д. Структура и свойства воды. Л.: Химия, 1975.


PII: S0044185609040020