Межфазная энергия кристаллов алюминия на границе с неполярными органическими жидкостями
А.М. Апеков1, И.Г. Шебзухова2, Л.А. Хамукова1
1 «Северо-Кавказский центр математических исследований» Северо-Кавказский федеральный университет»
2 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.318
Оригинальная статья
Аннотация: Понимание энергетических характеристик на границе металл-органическое вещество имеет большое значение для разработки техники и технологий в различных отраслях промышленного производства. В этой связи наблюдается большой интерес к изучению процессов, протекающих на данной границе раздела. Особо стоит выделить бурный рост работ по исследованию свойств металл-органических каркасных структур, что связано с возможностью синтезировать данные структуры с необходимыми свойствами, благодаря варьированию длины органической молекулы, соединяющей атомы металлов или их оксидов, а также подбору элементного состава. В данной работе получены значения межфазной энергии на границах граней кристалла алюминия с органическими жидкостями в рамках электронно-статистического метода с учетом поляризации металлических ионов и молекул органической жидкости, а также дисперсионного взаимодействия ячеек Вигнера-Зейтца на поверхности раздела. Получена зависимость межфазной энергии и поправок к межфазной энергии от диэлектрической проницаемости жидкости и ориентации металлического кристалла. Установлено, что дисперсионная поправка вноситположительный вклад, а поляризационная – снижает межфазную энергию.
Ключевые слова: межфазная энергия, поляризационная поправка, дисперсионная поправка, электронно-статистический метод, неполярная органическая жидкость, алюминий
- 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»
- Хамукова Лиана Амурбековна – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник отдела математической физики, «Северо-Кавказский центр математических исследований» Северо-Кавказский федеральный университет»
Ссылка на статью:
Апеков, А.М. Межфазная энергия кристаллов алюминия на границе с неполярными органическими жидкостями / А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова, Л.А. Хамукова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 318-326. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.318.
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. Prabhakaran, P.K. Aluminium doping composite metal-organic framework by alane nanoconfinement: Impact on the room temperature hydrogen uptake / P.K. Prabhakaran, L. Catoire, J. Deschamps // Microporous and Mesoporous Materials. – 2017. – V. 243. – P. 214-220. DOI: 10.1016/j.micromeso.2017.02.032.
4. Zeraati, M. Synthesis of Al-Based metal-organic framework in water with caffeic acid ligand and NaOH as linker sources with highly efficient anticancer treatment / M. Zeraati, A. Rahdar, D.I. Medina, G. Sargazi // Frontiers in Chemistry. – 2021. – V. 9. – Art. № 784461. – 9 p. DOI: 10.3389/fchem.2021.784461
5. 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.
6. Sato, H. Photoactivation of a nanoporous crystal for on-demand guest trapping and conversion/ H. Sato, R. Matsuda, K. Sugimoto, M. Takata, S. Kitagawa // Nature Materials. – 2010. – V. 9. – P. 661-666. DOI: 10.1038/nmat2808.
7. 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.
8. Tu, J. Nonaqueous rechargeable aluminum batteries: progresses, challenges, and perspectives / J. Tu, W.-L. Song, H. Lei et al. // Chemical Reviews. – 2021. – V. 121. – I. 8. – P. 4903-4961. DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c01257.
9. Elia, G.A. An overview and prospective on Al and Al-ion battery technologies / G.A. Elia, K.V. Kravchyk, M.V. Kovalenko et al. // Journal of Power Sources. – 2021. – V. 481. – Art. № 228870. – 22 p. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.228870.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. Gabuda, S.P. Supramolecular interactions and structural transformations in the metal-organic sorbent-acetone 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.
18. 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, D.N. Dybtsev, V.P. Fedin // Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – V. 115. – I. 42. – P. 20460-20465. DOI: 10.1021/jp206725k.
19. 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.
20. 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.
21. Langseth, E. Synthesis and characterization of Al@MOF materials / E. Langseth, O. Swang, B. Arstadet al. // Materials Chemistry and Physics. – 2019. – V. 226. – P. 220-225. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2019.01.009.
22. Manikkoth, M. Aluminium alloys and composites for electrochemical energy systems / M. Manikkoth, S.K. Kannan, J.M. Gladis, T.P.D. Rajan // Progress in Materials Science. – 2024. – V. 146. – Art. № 101322. – 89 p. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2024.101322
23. Lin, M.-C. An ultrafast rechargeable aluminium-ion battery / M.-C. Lin, M. Gong, B. Lu et al. // Nature. – 2015. – V. 520. – P. 325-328. DOI: 10.1038/nature14340.
24. Miller, W.S. Recent development in aluminium alloys for the automotive industry / W.S. Miller, L. Zhuang, J. Bottema et al. // Materials Science and Engineering: A. – 2000. – V. 280. – I. 1. – P. 37-49. DOI: 10.1016/S0921-5093(99)00653-X.
25. 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. – Вып. 14. – С. 17-23. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.017.
26. 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.
27. 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.
28. 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.
29. 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.
30. 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.
31. 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. – V. 15. – P. 231-238. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.231.