Строение гидратированной и сульфатированной оловянной кислоты. Квантово-химическое моделирование

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Различные комплексы H2SnO3 и их гидратированные и сульфатированные производные изучены квантово-химическим методом в рамках кластерного приближения с функционалом ωB97XD и базисами LanL2DZ(Sn) и 6-31G**(O,S,H), а также с учетом периодических граничных условий с функционалом PBE и базисом проектированных плоских волн PAW. Установлено, что среди гидратированных форм наименьшими по размеру кластерами с признаками кристалла SnO2 (2–3-кратнокоординированные атомы кислорода и 5–6-кратно координированные атомы олова) являются кластеры (H2SnO3)6 с диаметром описанной сферы d ~ 10 Å.Энергетически выгодно их объединение (в виде глобул (d ~ 20 Å), цепочек, пленок) за счет водородных связей друг с другом и молекулами воды. Возможно также их укрупнение за счет ковалентных связей Sn–O–Sn и Sn–OH–Sn с образованием разнообразных более крупных наночастиц, например (H2SnO3)12. Интересно, что часть из них представляет собой полые структуры. Молекулы серной кислоты, адсорбированные на поверхности кластеров (SnO2)n(H2O)m, связаны с поверхностными атомами Sn анионами SO4 2–, а отщепившиеся при этом протоны достраивают каналы проводимости, формируя в них катионы H3O+ и H5O2 + в дополнение к анионам ОН– и воде.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. С. Зюбина

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zyubin@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

А. С. Зюбин

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: zyubin@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

Р. В. Писарев

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: zyubin@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

А. В. Писарева

Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: zyubin@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432

Ю. А. Добровольский

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

Email: zyubin@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка, 142432; Черноголовка, 142432

Список литературы

  1. Hattori T., Athoh S., Tagawa T. et al. // Preparation of Catalysts IV. Amsterdam: Elsevier, 1987. p. 113. https://shop.elsevier.com/books/preparation-of-catalysts-iv/poncelet/978-0-444-42796-0
  2. Печенюк С.И. // Изв. АН. Сер. Хим. 1999. Т. 48. С. 228.
  3. Kesava М., Dinakaran K. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. Р. 130. https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c08739
  4. Scipioni R., Gazzoli D., Teocoli F. et al. // Membranes. 2014. V. 4. P. 123. https://www.mdpi.com/2077-0375/4/1/123
  5. Chen F., Mecheri B., D’Epifanio A. et al. // Fuel Cells. 2010. V. 10. № 5. P. 790. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/fuce.200900179
  6. Brutti S., Scipioni R., Navarra M.A. et al. // Int. J. Nanotechnol. 2014. V. 11. P. 882. https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJNT.2014.063796
  7. Фабричный П.Б., Бабешкин А.М., Портяной В.А. и др. // Журн. структур. химии. 1970. № 4. С. 772.
  8. Fabrichnyi P.B., Babeshkin A.M., Portyanoi V.A. et al. // J. Struct. Chem. 1971. V. 11. P. 715. https://link.springer.com/article/10.1007/BF00743453
  9. Fabrichnyi P.B., Babeshkin A.M., Nesmeyanov A.N. // J. Phys. Chem. Solids. 1970. V. 31. P. 1399. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022369770901447
  10. Willstuter R., Krant H., Fremery R. // Ber. 1924. Bd. 57. S. 1491.
  11. Денисова Е.Ф., Плетнев Р.Н., Федотов М.А. и др. Радиоспектроскопия твердого тела. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1984. С. 54.
  12. FabritchnyiP., AfanassovM., DemazeauG. // C.R. Acad. Sc. Paris. 1986. V. 303. Ser. II. P. 1197.
  13. Кострыкин А.В., Спиридонов Ф.М., Линько И.В. и др. // Журн. структур. химии. 2007. Т. 52. С. 1176.
  14. Giesekke E.W., Gutowsky H.S., Kirkov P. et al. // Inorg. Chem. 1967. V. 6. P. 1294. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ic50053a005
  15. Паршуткин В.В., Ярославцев А.Б., Прозоровская З.Н. и др. // Журн. неорган. химии. 1985. Т. 30. № 1. C. 56.
  16. Brauer G. Handbook der Preparativen Anorganischen Chemie in drei Banden. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag, 1975.
  17. Karelin A.I., Leonova L.S., Tkacheva N.S. et al. // Heliyon. 2022. V. 8. P. e11450. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11450
  18. Liu L., Pu Y., Lu Y. et al. // J. Membr. Sci. 2021. V. 621. P. 118972. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118972
  19. Navarra M.A., Abbati C., Scrosati B. // J. Power Sources. 2008. V. 183. P. 109. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.04.033
  20. Arata K. // Green Chem. 2009. V. 11. P. 1719. https://doi.org/10.1039/B822795K
  21. Varala R., Narayana V., Kulakarni S.R. et al. // Arab. J. Chem. 2016. V. 9. P. 550. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878535216300028
  22. Chai J.-D., Head-Gordon M. // J. Chem. Phys. 2008. V. 128. P. 084106. https://doi.org/10.1063/1.2834918
  23. Krishnan R., Binkley J.S., Seeger R. et al. // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 650. https://doi.org/10.1063/1.438955
  24. 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
  25. Wadt W.R., Hay P.J. // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. P. 284. https://doi.org/10.1063/1.448800
  26. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B. et al. Gaussian 09, Revision B.01, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010.
  27. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 3865. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
  28. Hafner J. // J. Comput. Chem. 2008. V.29. P. 2044. https://doi.org/10.1002/jcc.21057
  29. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 558. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.558
  30. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. P. 14251.
  31. Kresse G., Furthmuller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 11169. https://doi.org/10.1103/physrevb.54.11169
  32. Kresse G., Joubert D. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. P. 1758. https://doi.org/10.1103/physrevb.59.1758
  33. Хьюи Дж. Неорганическая химия. М.: Химия, 1987. 695 с.
  34. Страумал Е.А., Юркова Л.Л., Баранчиков А.Е. и др. // Журн. неорган. химии. 2021. Т. 66. С. 298.
  35. Лермонтов С.А., Юркова Л.Л., Страумал Е.А. и др. // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. С. 283.
  36. Карелин А.И., Ткачева Н.С., Надхина С.Е. и др. // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. С. 1201.
  37. Карелин А.И., Леонова Л.С., Арсатов А.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2013. Т. 58. С. 804.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структуры (SnO2)n(H2O)m. Относительные энергии изомеров даны после запятой (в эВ).

Скачать (969KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Структуры (SnO2)n(H2SO4)k(H2O)m (в некоторых случаях представлены в двух ракурсах). Относительные энергии даны после запятой (в эВ). В некоторых случаях пунктирными линиями показаны водородные связи.

Скачать (755KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Структуры нити и пленки [(H2SnO3)12(H2SO4)12(H2O)4]. Пунктирными линиями показаны водородные связи.

Скачать (941KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025