Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями

А.В. Блинов, М.А. Пирогов, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, З.А. Рехман, М.А. Колодкин, Д.Д. Филиппов

ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.357

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе проведено компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями, в рамках которого получены модели молекулярных комплексов, распределения электронной плотности, а также высшей заселённой и низшей свободной молекулярных орбиталей. У представленных молекулярных систем рассчитывалась полная энергия молекулярного комплекса E, разница энергии молекулы четвертичного аммониевого соединения и системы «четвертичное аммониевое соединение-наночастицы селена» ΔE, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали EHOMO, энергия низшей свободной молекулярной орбитали ELUMO и химическая жёсткость системы η. В результате анализа данных установлено, что взаимодействие наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями является энергетически выгодным (ΔE > 11991 ккал/моль). Оптимальной системой взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями является система «цетилтриметиламмония хлорид-наночастицы селена», что обусловлено наибольшим значением разницы энергии (ΔE = 11991,79 ккал/моль). Исходя из анализа полученных моделей молекулярных систем установлено, что при взаимодействии четвертичного аммониевого соединения с наночастицами селена происходит смещение электронной плотности и образование новых молекулярных орбиталей, что свидетельствует об образовании химического взаимодействия между молекулами. Далее была проведена ИК-спектроскопия наночастиц селена, стабилизированных цетилтриметиламмония хлоридом. На основе полученных данных установлено, что происходит падение интенсивности полос, в сравнении с ИКспектром цетилтриметиламмония хлоридом, в областях от 2851 до 3026 см-1 и от 1265 до 1377 см-1, характерных для групп CH2 и CH3, что свидетельствует о присутствии молекул цетилтриметиламмония хлорида, ориентированных гидрофобной стороной к частицам селена, на их поверхности. После было проведено исследование морфологии частиц селена с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии. В результате анализа ПЭМ-изображений подтверждено формирования слоя четвертичных аммониевых соединений на поверхности частиц селена диаметром от 25 до 60 нм.

Ключевые слова: наночастицы селена, четвертичные аммониевые соединения, квантово-химическое моделирование, цетилтриметиламмония хлорид, ИКспектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия

  • Блинов Андрей Владимирович – к.т.н., и.о. заведующего кафедрой физики и технологии наноструктур и материалов, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Пирогов Максим Александрович – студент 4 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Гвозденко Алексей Алексеевич – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Голик Алексей Борисович – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Рехман Зафар Абдулович – ассистент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Колодкин Максим Андреевич – заведующий учебно-лабораторным комплексом кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Филиппов Дионис Демокритович – студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, физико-технический факультет, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Ссылка на статью:

Блинов, А.В. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями / А.В. Блинов, М.А. Пирогов, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, З.А. Рехман, М.А. Колодкин, Д.Д. Филиппов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 357-366. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.357.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Ибрагимова, М.Я. Взаимосвязь дисбаланса макро и микроэлементов и здоровье населения (обзор литературы) / М.Я. Ибрагимова, Л.Я. Сабирова, Е.С. Березкина и др. // Казанский медицинский журнал. – 2011. – Т. 92. – №. 4. – С. 606-609.
2. Полубояринов, П.А. Метаболизм и механизм токсичности селенсодержащих препаратов, используемых для коррекции дефицита микроэлемента селена / П.А. Полубояринов, Д.Г. Елистратов, В.И. Швец // Тонкие химические технологии. – 2019. – Т. 14. – №. 1. – С. 5-24. DOI: 10.32362/2410-6593-2019-14-1-5-24.
3. Решетник, Л.А. Селен и здоровье человека (обзор литературы) / Л.А. Решетник, Е.О. Парфенова // Экология моря. – 2000. – Т. 54. – С. 20-25.
4. Копейкин, В.В. Синтез наночастиц селена в водных растворах поливинилпирролидона и морфологические характеристики образующихся нанокомпозитов / В.В. Копейкин, С.В. Валуева, А.И. Киппер и др. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. – 2003. – Т. 45. – №. 4. – С. 615-622.
5. Апрятина, К.В. Синтез биологически активной композиции хитозан-наночастицы селена / К.В. Апрятина, Е.И. Мурач, С.В. Амарантов и др. // Прикладная биохимия и микробиология. – 2022. – Т. 58. – №. 2. – С. 140-145. DOI: 10.31857/S0555109922020027.
6. Блинов, А.В. Оптимизация методики получения наночастиц селена, стабилизированных кокамидопропилбетаином / А.В. Блинов, Д.Г, Маглакелидзе, Е.А. Бражко и др. // Российский химический журнал. – 2022. – Т. 66. – №. 1. – С. 86-92. DOI: 10.6060/rcj.2022661.12.
7. Невидимов, А.В. О стабилизации коллоидных квантовых точек селенида кадмия в присутствии октадецилфосфоновой кислоты / А.В. Невидимов, В.Ф. Разумов // Коллоидный журнал. – 2018. – Т. 80. – №. 1. – С. 78-85. – DOI: 10.7868/S0023291218010081.
8. Гафнер, Ю.Я. Влияние атомов золота на строение наночастиц Cu-Au при моделировании процесса газофазного синтеза / Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2022. – Вып. 14. – С. 399-407. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.399.
9. Колосов, А.Ю. Моделирование процесса коалесценции наночастиц золота методом Монте-Карло / А.Ю. Колосов, Н.Ю. Сдобняков, П.В. Комаров и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2012. – Вып. 4. – С. 129-142.
10. Безносюк, С.А. Компьютерное моделирование алгоритмической эволюции квантово-размерных наночастиц / С.А. Безносюк, С.В. Важенин, М.С. Жуковский и др. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2006. – Т. 3. – №. 4. – С. 7-14.
11. Соловьев, М.Е. Квантово-химическое моделирование формирования наночастиц из карбоксилатов меди / М.Е. Соловьев, В.И. Иржак // Коллоидный журнал. – 2015. – Т. 77. – №. 3. – С. 377-383. DOI: 10.7868/S0023291215030180.
12. Блинов, А.В. Компьютерное квантово-химическое моделирование полимерной стабилизации наночастиц серебра / А.В. Блинов, М.А. Ясная, А.А. Блинова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 414-421. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.414.
13. Цирельсон, В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твёрдые тела: учебное пособие для вузов / В.Г. Цирельсон. – 5-е изд., электрон. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2021. – 522 с.
14. Q-Chem 6.1 User’s Manual. – Режим доступа: https://manual.q-chem.com/latest/. – 02.06.2023.
15. IQmol Molecular Viewer. – Режим доступа: http://www.iqmol.org/. – 02.06.2023.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒