Вклад дисперсионного взаимодействия в межфазную энергию кристаллов кобальта на границе с неполярными органическими жидкостями
А.М. Апеков1, И.Г. Шебзухова2
1 Региональный научно-образовательный математический центр «Северо-Кавказский центр математических исследований» ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
2 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.231
Краткое сообщение
Аннотация: Активное внедрение устройств основанных на применении свойств межфазной границы металл-органическое вещество вызывает интерес к исследованиям характеристик данной границы, особенно большой интерес представляют металлорганические каркасные структуры. Синтез данных структур с необходимыми свойствами возможен благодаря тому, что можно варьировать как элементный состав в активных металлоцентрах, так и связывающие эти центры органические лиганды. В связи с этим, на первый план выходит необходимость понимания свойств и характера взаимодействия на границе металла с органическими веществами. В данной работе в рамках электронно-статистического метода получен вклад дисперсионного взаимодействия ячеек Вигнера-Зейтца в межфазную энергию кобальта на границе с неполярными органическими жидкостями. Установлены зависимости дисперсионного вклада от ориентации металлического кристалла и диэлектрической проницаемости органической жидкости. Показано, что дисперсионный вклад увеличивает межфазную энергию, а с ростом диэлектрической проницаемости жидкости величина вклада уменьшается.
Ключевые слова: межфазная энергия, дисперсионный вклад, электронностатистический метод, неполярная органическая жидкость, кобальт
- Апеков Аслан Мартинович – к.ф.-м.н., заместитель директора по научной работе, Региональный научно-образовательный математический центр «Северо-Кавказский центр математических исследований» ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Шебзухова Ирина Гусейновна – д.ф.-м.н., профессор, профессор кафедры теоретической и экспериментальной физики Института физики и математики, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Ссылка на статью:
Апеков, А.М. Вклад дисперсионного взаимодействия в межфазную энергию кристаллов кобальта на границе с неполярными органическими жидкостями / А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 231-238. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.231.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Ryder, M.R. Nanoporous metal organic framework materials for smart applications / M.R. Ryder, J.-C. Tan // Materials Science and Technology. – 2014. – V. 30. – I. 13. – P. 1598-1612. DOI: 10.1179/1743284714y.0000000550.
2. Butova, V.V. Metal-organic frameworks: structure, properties, methods of synthesis and characterization / V.V. Butova, M.A. Soldatov, A.A. Guda et al. // Russian Chemical Reviews. – 2014. – V. 85. – № 3. – P. 280-307. DOI: 10.1070/RCR4554.
3. Li, J.-R. Selective gas adsorption and separation in metal–organic frameworks / J.-R. Li, R.J. Kuppler, H.-C. Zhou. // Chemical Society Reviews. – 2009. – V. 38. – I. 5. – P. 1477-1504. DOI: 10.1039/B802426J.
4. Qiu, S. Metal–organic framework membranes: from synthesis to separation application / S. Qiu, M. Xue, G. Zhu // Chemical Society Reviews. – 2014. – V. 43. – I. 16. – P. 6116-6140. DOI: 10.1039/C4CS00159A.
5. Rodenas, T. Metal–organic framework nanosheets in polymer composite materials for gas separation / T. Rodenas, I. Luz, G. Prieto et al. // Nature Materials. – 2015. – V. 14. – P. 48-55. DOI: 10.1038/nmat4113.
6. Britt, D. Highly efficient separation of carbon dioxide by a metal-organic framework replete with open metal sites / D. Britt, H. Furukawa, B. Wang et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. – 2009. – V. 106. – I. 49. – P. 20637-20640. DOI: 10.1073/pnas.0909718106.
7. Pan, L. Separation of hydrocarbons with a microporous metal–organic framework / L. Pan, D.H. Olson, L.R. Ciemnolonski et al. // Angewandte Chemie International Edition. – 2006. – V. 45. – I. 4. – P. 616-619. DOI: 10.1002/anie.200503503.
8. Matsuda, R. Temperature responsive channel uniformity impacts on highly guest-selective adsorption in a porous coordination polymer / R. Matsuda, T. Tsujino, H. Sato et al. // Chemical Science. – 2010. – V. 1. – I. 3. – P. 315-321. DOI: 10.1039/C0SC00272K.
9. Barea, E. Toxic gas removal – metal–organic frameworks for the capture and degradation of toxic gases and vapours / E. Barea, C. Montoro, J. Navarro // Chemical Society Reviews. – 2014. – V. 43. – I. 16. – P. 5419-5430. DOI: 10.1039/c3cs60475f.
10. Xiao, B. High-capacity hydrogen and nitric oxide adsorption and storage in a metal-organic framework / B. Xiao, P.S. Wheatley, X. Zhao et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2007. – V. 129. – I. 5. – P. 1203-1209. DOI: 10.1021/ja066098k.
11. Horcajada, P. Porous metal-organic-framework nanoscale carriers as a potential platform for drug delivery and imaging / P. Horcajada, T. Chalati, C. Serre et al. // Nature Materials. – 2010. – V. 9. – P. 172-178. DOI: 10.1038/nmat2608.
12. Horcajada, P. Metal–organic frameworks in biomedicine / P. Horcajada, R. Gref, T. Baati et al. // Chemical Reviews. – 2012. – V. 112. – I. 2. – P. 1232-1268. DOI: 10.1021/cr200256v.
13. Bloch, E.D. Gradual release of strongly bound nitric oxide from Fe2(NO)2. / E.D. Bloch, W.L. Queen, S. Chavan et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2015. – V. 137. – I. 10. – P. 3466-3469. DOI: 10.1021/ja5132243.
14. Imbert, D. Lanthanide 8-hydroxyquinoline-based podates with efficient emission in the NIR range / D. Imbert, S. Comby, A.-S. Chauvin, J.-C.G. Bunzli // Chemical communications. – 2005. – I. 11. – P. 1432-1434. DOI: 10.1039/B416575F.
15. Heine, J. Engineering metal-based luminescence in coordination polymers and metal–organic frameworks / J. Heine, K. Muller-Buschbaum // Chemical Society Reviews. – 2013. – V. 42. – I. 24. – P. 9232-9242. DOI: 10.1039/C3CS60232J.
16. Hu, Z. Luminescent metal–organic frameworks for chemical sensing and explosive detection / Z. Hu, B.J. Deibert, J. Li // Chemical Society Reviews. – 2014. – V. 43. – I. 16. – P. 5815-5840. DOI: 10.1039/c4cs00010b.
17. Sato, H. Photoactivation of a nanoporous crystal for on-demand guest trapping and conversion/ H. Sato, R. Matsuda, K. Sugimoto et al. // Nature materials. – 2010. – V. 9. – P. 661-666. DOI: 10.1038/nmat2808.
18. Yutkin, M.P. Synthesis, structure and magnetic behavior of new 1D metal–organic coordination polymer with Fe3O core / M.P. Yutkin, M.S. Zavakhina, A.V. Virovets et al. // Inorganica Chimica Acta. – 2011. – V. 365. – I. 1. – P. 513-516. DOI: 10.1016/j.ica.2010.10.015.
19. Zhang, W. Ferroelectric metal–organic frameworks / W. Zhang, R.-G. Xiong // Chemical Reviews. – 2012. – V. 112. – I. 2. – P. 1163-1195. DOI: 10.1021/cr200174w.
20. Silva, C.G. Water stable Zr–benzenedicarboxylate metal–organic frameworks as photocatalysts for hydrogen generation / C.G. Silva, I. Luz, F.X. Llabres i Xamena et al. // Chemistry A European Journal. – 2010. – V. 16. – I. 36. – P. 11133 -11138. DOI: 10.1002/chem.200903526.
21. Gabuda, S.P. Supramolecular interactions and structural transformations in the metal-organic sorbentacetone nanoreactor system / S.P. Gabuda, S.G. Kozlova, D.N. Dybtsev, V.P. Fedin // Journal of Structural Chemistry. – 2009. – V. 50. – I. 5. – P. 887-894. DOI: 10.1007/s10947-009-0132-x.
22. Gabuda, S.P. Quantum rotations and chiral polarization of qubit prototype molecules in a highly porous metal–organic framework: 1H NMR T1 study / S.P. Gabuda, S.G. Kozlova, D.G. Samsonenko et al. // Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – V. 115. – I. 42. – P. 20460-20465. DOI: 10.1021/jp206725k.
23. Xu, X. Spindle-like mesoporous α-Fe2O3 anode material prepared from MOF template for high-rate lithium batteries / X. Xu, R. Cao, S. Jeong, J. Cho // Nano Letters. – 2012. – V. 12. – I. 9. – P. 4988-4991. DOI: 10.1021/nl302618s.
24. Yang, S.J. Preparation and exceptional lithium anodic performance of porous carbon-coated ZnO quantum dots derived from a metal-organic framework / S.J. Yang, S. Nam, T. Kim et al. // Journal of the American Chemical Society. – 2013. – V. 135. – I. 20. – P. 7394-7397. DOI: 10.1021/ja311550t.
25. Meng, F.L. Porous Co3O4 materials prepared by solid-state thermolysis of a novel Co-MOF crystal and their superior energy storage performances for supercapacitors / F.L. Meng, Z.G. Fang, Z.X. Li et al. // Journal of Materials Chemistry A. – 2013. – V. 1. – I. 24. – P. 7235-7241. DOI: 10.1039/C3TA11054K.
26. Апеков, А.М. Ориентационная зависимость межфазной энергии низкотемпературной модификации титана на границе с органической жидкость / А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – V. 14. – P. 17-23. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.017.
27. Apekov, A.M. Interface energy of crystal faces of IIА-type metals at boundaries with nonpolar organic liquids, allowing for dispersion and polarization corrections / A.M. Apekov, I.G. Shebzukhova // Bulletin of Russian Academy of Science. Physics. – 2019. – V. 83. – I. 6. – P. 760-763. DOI: 10.3103/S1062873819060078.
28. Apekov, A.M. Polarization correction to the interfacial energy of faces of alkali metal crystals at the borders with a nonpolar organic liquid / A.M. Apekov, I.G. Shebzukhova // Bulletin of Russian Academy of Science. Physics. – 2018. – V. 82. – I. 7. – P. 789-792. DOI: 10.3103/S1062873818070067.
29. Апеков, А.М.Поляризационная и дисперсионная поправки к межфазной энергии граней кристаллов низкотемпературных модификаций кальция и бария на границе с неполярными органическими жидкостями / А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2018. – I. 10. – P. 20-26. DOI: 10.26456/pcascnn/2018.10.020.
30. Шебзухова, И.Г. Вклад дисперсионного взаимодействия s-сфер в межфазную энергию кристаллов α - Li и α - Na на границе с неполярными органическими жидкостями / И.Г. Шебзухова, А.М. Апеков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – I. 9. – P. 518-521. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.518.
31. Shebzukhova, I.G. Orientation dependence of the interfacial energies of chromium and α-iron crystals at boundaries with nonpolar organic liquids / I.G. Shebzukhova, A.M. Apekov, Kh.B. Khokonov // Bulletin of Russian Academy of Science. Physics. – 2017. – V. 81. – I. 5. – P. 605-607. DOI: 10.3103/S1062873817050173.
32. Shebzukhova, I.G. Anisotropy of the interface energy of IA and IB metals at a boundary with organic liquids / I.G. Shebzukhova, A.M. Apekov, Kh.B. Khokonov // Bulletin of Russian Academy of Science. Physics. – 2016. – V. 80. – I. 6. – P. 657-659. DOI: 10.3103/S1062873816060307.