Квантово-химическое моделирование динамической устойчивости кремниевых призманов

М.А. Гимальдинова, А.И. Кочаев ORCID logo , М.М. Маслов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 14 марта 2020; Исправлена: 14 апреля 2020; Принята: 20 апреля 2020
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: М.А. Гимальдинова, А.И. Кочаев, М.М. Маслов. Квантово-химическое моделирование динамической устойчивости кремниевых призманов. Письма о материалах. 2020. Т.10. №3. С.283-287
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-3-283-287

Аннотация

The Letter presents a detailed analysis of the isomerization and decomposition mechanisms of silabiprismanes. Their thermokinetic parameters in the Arrhenius law are determined, and estimations of their lifetimes at various temperatures are given.Представлены результаты анализа динамической устойчивости силабипризманов, полученные с помощью теории функционала плотности. Силабипризманы являются элементарными представителями особого класса кремниевых нанотрубок с экстремально малым поперечным сечением, построенных из дегидрированных молекул циклосиланов (кремниевых колец). В отличие от высших полисилапризманов, они образованы лишь тремя кремниевыми кольцами и описываются химической формулой (Sin)3H2n. В представленном исследовании мы ограничились случаями с n = 5 ÷ 7. В работе представлен подробный анализ механизмов их изомеризации и разложения. Нами определены атомные конфигурации соответствующих переходных состояний и оценены термокинетические параметры в законе Аррениуса (энергия активации и частотный фактор). Установлено, что силабипризманы являются гораздо более устойчивыми соединениями, чем их углеродные аналоги. Времена их жизни при комнатной температуре (300 K) достигают нескольких сотен секунд, при 200 К их стабильность существенно увеличивается. Таким образом, их времена жизни достаточно высоки для экспериментальной идентификации и дальнейших лабораторных исследований, однако могут оказаться недостаточными для их промышленного применения. Следовательно, незамещенные силабипризманы требуют более низких температур эксплуатации, и их широкое применение ограничено. Хотя общий механизм пиролиза одинаков для всех рассматриваемых наноструктур, его особенности существенно и немонотонно зависят от n. Нами дополнительно подтверждено, что силабипризманы, построенные из шести- и семичленных кремниевых колец, гораздо более устойчивы, чем те, которые построены из пентагонов. При этом, прямая корреляция между термодинамической и кинетической устойчивостью рассматриваемых кремниевых каркасов отсутствует.

Ссылки (32)

1. L. K. Rysaeva, J. A. Baimova, D. S. Lisovenko, V. A. Gorodtsov, S. V. Dmitriev. Phys. Status Solidi B. 2018, 1800049 (2018). Crossref
2. E. A. Belenkov, Y. A. Zinatulina. Phys. Solid State. 52 (4), 868 (2010). Crossref
3. E. A. Belenkov, V. V. Mavrinskii, V. A. Greshnyakov, M. M. Brzhezinskaya. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 537, 022070 (2019). Crossref
4. L. K. Rysaeva, J. A. Baimova, S. V. Dmitriev, D. S. Lisovenko, V. A. Gorodtsov, A. I. Rudskoy. Diamond and Related Materials. 97, 107411 (2019). Crossref
5. L. K. Rysaeva, D. S. Lisovenko, V. A. Gorodtsov, J. A. Baimova. Comp. Mat. Sci. 172, 109355 (2019). Crossref
6. F. Pichierri. Chem. Phys. Lett. 612, 198 (2014). Crossref
7. E. G. Lewars. Modeling Marvels: Computational Anticipation of Novel Molecules. The Netherlands, Dordrecht, Springer (2008) 282p. Crossref
8. P. E. Eaton, T. W. Cole Jr. J. Am. Chem. Soc. 86, 3157 (1964). Crossref
9. T. J. Katz, N. Acton. J. Am. Chem. Soc. 95 (8), 2738 (1973). Crossref
10. P. E. Eaton, Y. S. Or, S. J. Branca. J. Am. Chem. Soc. 103 (8), 2134 (1981). Crossref
11. S. Kuzmin, W. W. Duley. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 20 (8), 730 (2012). Crossref
12. K. P. Katin, S. A. Shostachenko, A. I. Avkhadieva, M. M. Maslov. Advances in Physical Chemistry. 2015, 506894 (2015). Crossref
13. A. Equbal, S. Srinivasan, N. Sathyamurthy. J. Chem. Sciences. 129 (7), 911 (2017). Crossref
14. H. Matsumoto, K. Higuchi, S. Kyushin, M. Goto. Angewandte Chemie International Edition in English. 31 (10), 1354 (1992). Crossref
15. A. Sekiguchi, T. Yatabe, C. Kabuto, H. Sakurai. J. Am. Chem. Soc. 115 (13), 5853 (1993). Crossref
16. M. A. Gimaldinova, K. P. Katin, M. A. Salem, M. M. Maslov. Lett. Mater. 8 (4), 454 (2018). Crossref
17. K. P. Katin, K. S. Grishakov, M. A. Gimaldinova, M. M. Maslov. Comp. Mat. Sci. 174, 109480 (2020). Crossref
18. H. Vach. Chem. Phys. Lett. 614 (2014), 199 (2014). Crossref
19. L. V. Duong, E. Matito, M. Solà, H. Behzadi, M. T. Nguyen, M. J. Momeni. Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 23467 (2018). Crossref
20. H. Vach. Nano Letters. 11 (12), 5477 (2011). Crossref
21. G. A. Dolgonos, K. Mekalka. J. Comp. Chem. 36 (28), 2095 (2015). Crossref
22. M. V. Gordeychuk, K. P. Katin, K. S. Grishakov, M. M. Maslov. Int. J. Quantum Chemistry. 118 (15), e25609 (2018). Crossref
23. K. P. Katin, M. B. Javan, M. M. Maslov, A. Soltani. Chem. Phys. 487 (2017), 59 (2017). Crossref
24. D. W. Boukhvalov. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (47), 15367 (2010). Crossref
25. G. H. Vineyard. J. Phys. Chem. Sol. 3 (1-2), 121 (1957). Crossref
26. M. W. Schmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz, S. T. Elbert, M. S. Gordon, J. H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunaga, K. A. Nguyen, S. Su, T. L. Windus, M. Dupuis, J. A. Montgomery. J. Comp. Chem. 14 (11), 1347 (1993). Crossref
27. A. D. Becke. J. Chem. Phys. 98 (7), 5648 (1993). Crossref
28. C. Lee, W. Yang, R. G. Parr. Phys. Rev. B. 37 (2), 785 (1988). Crossref
29. R. Krishnan, J. S. Binkley, R. Seeger, J. A. Pople. J. Chem. Phys. 72 (1), 650 (1980). Crossref
30. K. P. Katin, M. M. Maslov. Molecular Simulation. 44 (9), 703 (2018). Crossref
31. S. A. Shostachenko, M. M. Maslov, V. S. Prudkovskii, K. P. Katin. Physics of the Solid State. 57 (5), 1023 (2015). Crossref
32. M. M. Maslov, K. P. Katin, A. I. Avkhadieva, A. I. Podlivaev. Russ. J. Phys. Chem. B. 8 (2), 152 (2014). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Российский научный фонд - Грант № 18-72-00183