Компьютерное моделирование композита на основе монослоя пиролизованного полиакрилонитрила, содержащего парные атомы металлов Cu, Co, Ni, Fe

И.В. Запороцкова, Д.П. Радченко, Л.В. Кожитов, С.В. Борознин, Н.П. Борознина показать трудоустройства и электронную почту
Получена 13 ноября 2020; Принята 21 января 2021;
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: И.В. Запороцкова, Д.П. Радченко, Л.В. Кожитов, С.В. Борознин, Н.П. Борознина. Компьютерное моделирование композита на основе монослоя пиролизованного полиакрилонитрила, содержащего парные атомы металлов Cu, Co, Ni, Fe. Письма о материалах. 2021. Т.11. №2. С.146-151
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-2-146-151

Аннотация

В работе созданы модели монослоя пиролизованного полиакрилонитрила, содержащие пары атомов металлов. Проведена полная оптимизация геометрии кластеров с использованием метода DFT.В данной работе были созданы модели монослоя пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН), содержащие пары атомов металлов Cu-Co, Cu-Ni, Ni-Co, Ni-Fe. Данные модели представляют собой кластеры ППАН. Проведена полная оптимизация моделей с использованием метода функционала плотности DFT с функционалом B3LYP и базисом cc-pvdz. Изучаемые пары металлов размещали в центре кластера. Исследована геометрическая структура моделей композитных систем. Обнаружено значительное искривление моделируемых структур, свидетельствующее о наличии тубулярных структур в реальном композите. Графически представлены одноэлектронные спектры кластеров и показано, что атомные орбитали металлов дают основные вклады в зону проводимости. Проанализирована ширина запрещенной щели и проведено сравнение с аналогичной характеристикой ППАН, не содержащего атомов металла. Установлено, что атом кобальта незначительно влияет на изменение ширины запрещённой щели, в отличие от никеля, введение которого существенно её уменьшает. Таким образом, становится возможным создавать более электропроводящие композиты. В свою очередь в моделях, содержащих медь, атомы металлов дают больший вклад в образование уровней атомных орбиталей в зоне проводимости системы. Среди исследованных моделей наименьшая ширина запрещённой щели характерна для системы ППАН с никелем и железом. Расчет показал наличие устойчивых химических связей в системах. Определены заряды металлов с помощью атомного полярного тензора зарядов. Обнаружен перенос электронной плотности с атомов металлов к атомам монослоя, что является свидетельством образования химической связи между изучаемыми металлами и монослоем.

Ссылки (30)

1. L. Y. Zhu, X. J. Zeng, M. Chen, R. H. Yu. RSC Adv. 7, 26801 (2017). Crossref
2. Y. J. Li, R. Wang, F. M. Qi, C. M. Wang. Appl. Surf. Sci. 254, 4708 (2008). Crossref
3. J. W. Liu, R. C. Che, H. J. Chen, F. Zhang, F. Xia, Q. S. Wu, M. Wang. Small. 8, 1214 (2012). Crossref
4. M. S. Cao, X. L. Shi, X. Y. Fang, H. B. Jin, Z. L. Hou, W. Zhou. Appl. Phys. Lett. 91, 203110 (2007). Crossref
5. X. G. Liu. Journal of Physics D: Applied Physics. 42, 1 (2009). Crossref
6. C. Zhang, B. C. Wang, J. Y. Xiang, C. Su, C. P. Mu, F. S. Wen, Z. Y. Liu. ACS Appl. Mater. Interfaces. 9, 28868 (2017). Crossref
7. M. V. Shuba, A. V. Melnikov, A. G. Paddubskaya, P. P. Kuzhir, S. A. Maksimenko. Phys. Rev. B. 88, 045436 (2013). Crossref
8. O. Khani, M. Z. Shoushtari, M. Jazirehpour, M. H. Shams. Ceramics International. 42 (13), 14548 (2016). Crossref
9. C. Li, J. Sui, Z. Zhang, X. Jiang, Z. Zhang, L. Yu. Chemical Engineering Journal. 375, 122017 (2019). Crossref
10. L. V. Kozhitov, V. V. Kozlov, A. V. Kostikova, A. V. Popkova. Russian Microelectronics. 42, 498 (2013). Crossref
11. A. I. Gusev. Nanomaterials, nanostructures and nanotechnologies. Moscow, Phizmatlit (2009) 414 p. (in Russian) [А. И. Гусев. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. Москва, Физматлит (2009) 414 c.].
12. E. Roduner. Nanoscopic Materials: Size-Dependent Phenomena. Cambridge, UK, RSCPublishing (2014) 286 р.
13. J. Xu, X. Han, H. Liu, Y. Hu. Colloids Surf. A. 273, 179 (2006). Crossref
14. R. Zana. Adv. Colloid Interface Sci. 97, 205 (2002). Crossref
15. A. D. Pomogailo, A. S. Rosenberg, I. E. Ufliand. Nanoparticles of metals in polymers. Moscow, Chemistry (2000) 672 p. (in Russian) [А. Д. Помогайло, А. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. Наночастицы металлов в полимерах. Москва, Химия (2000) 672 с.].
16. A. D. Pomogailo. Ros. Chem. J. 5, 64 (2002). (in Russian) [А. Д. Помогайло. Рос. хим. ж. 5, 64 (2002).].
17. V. A. Bogatirev, L. A. Dykman, N. G. Hlebtsov. Methods of synthesis of nanoparticles with plasma resonance. Manual. Saratov, Saratov State University (2009) 35 p. (in Russian) [В. А. Богатырев, Л. А. Дыкман, Н. Г. Хлебцов. Методы синтеза наночастиц с плазменным резонансом. Пособие. Саратов, изд-во Саратовского гос. ун-та (2009) 35 с.].
18. C. Rao, A. Müller, A. K. Cheetham. The chemistry of nanomaterials. Weinheim, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. K Ga A. (2004) 741 p. Crossref
19. T. Sato. Stabilization of Colloidal Dispersions by Polymeric Adsorption. New York, Marcell Dekker (1980) 357 p.
20. H. Khayyam, R. N. Jazar, S. Nunna, G. Golkarnarenji, K. Badii, S. M. Fakhrhoseini, S. Kumar, M. Naebe. Progress in Materials Science. 107, 100575 (2020). Crossref
21. D. G. Muratov, E. V. Yakushko, L. V. Koshitov, A. V. Popkova, M. A. Pushkarev. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki. 1, 61 (2013). (in Russian) [Д. Г. Муратов, Е. В. Якушко, Л. В. Кожитов, А. В. Попкова, М. А. Пушкарев. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 1, 61 (2013).]. Crossref
22. I. V. Zaporotskova, L. V. Kozhitov, N. A. Anikeev, O. A. Davletova, D. G. Muratov, A. V. Popkova, E. V. Yakushko. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki. 66, 134 (2014). (in Russian) [И. В. Запороцкова, Л. В. Кожитов, Н. А. Аникеев, О. А. Давлетова, Д. Г. Муратов, А. В. Попкова, Е. В. Якушко. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 66, 134 (2014).]. Crossref
23. K. A. Bagdasarova, L. M. Zemtsov, G. P. Karpacheva, N. S. Perov, A. V. Maksimochkina, E. L. Dzidziguri, E. N. Sidorova. Solid State Physic. 50, 718 (2008). (in Russian) [К. А. Багдасарова, Л. М. Земцов, Г. П. Карпачева, Н. С. Перов, А. В. Максимочкина, Э. Л. Дзидзигури, Е. Н. Сидорова. Физика твердого тела. 50, 718 (2008).]. Crossref
24. D. G. Muratov, L. V. Kozhitov, I. V. Zaporotskova, V. S. Sonkin, N. P. Boroznina A. V. Popkova, S. V. Boroznin A. V. Shadrinov. Synthesis and properties of nanoparticles, alloys and composite nanomaterials based on transition metals. Volgograd, Izd. VolSU (2017) 650 p. (in Russian) [Д. Г. Муратов, Л. В. Кожитов, И. В. Запороцкова, В. С. Сонькин, Н. П. Борознина, А. В. Подкова, С. В. Борознин, А. В. Шадринов. Синтез и свойства наночастиц, сплавов и композиционных наноматериалов на основе переходных металлов. Волгоград, Изд-во ВолГУ (2017) 650 с.].
25. S. P. Gubin, Yu. A. Koksharov, G. B. Khomutov, G. Yu. Yurkov. Russ. Chem. Rev. 74 (6), 489 (2005). Crossref
26. V. V. Kozlov, G. P. Karpacheva, V. S. Petrov, E. V. Lazovskaya. High molecular weight compounds. Serie A. 43, 23 (2001). (in Russian) [В. В. Козлов, Г. П. Карпачева, В. С. Петров, Е. В. Лазовская. Высокомолекулярные соединения. Серия А. 43, 23 (2001).].
27. T. F. Marinca, I. Chicinaş, O. Isnard, V. Pop, F. Popa. Journal of Alloys and Compounds. 509, 7931 (2011). Crossref
28. R. van Eldik, J. Harvey. Theoretical and computational inorganic chemistry. London, Academic Press (2010) 536 р.
29. W. Koch, M. Holthausen. A Chemist's Guide to Density Functional Theory. Weinheim, Wiley-VCH, Germany (2002) 306 p. Crossref
30. O. A. Kakorina, I. V. Zaporotskova, L. V. Kozhitov, A. V. Popkova. Journal of Physics: Conference Series. 1281, 012031 (2019). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Министерство образования и науки Российской Федерации - Стипендия президента № 798.2019.1
2. Министерство образования и науки Российской Федерации - Грант президента РФ № MK-1758.2020.8