Волгоградский государственный университет:

И. В. Запороцкова

Н. А. Аникеев

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»:

Л. В. Кожитов

А. В. Попкова

Представлены результаты теоретического квантово−химического изучения механизмов адсорбции атомарного и молекулярного водорода на поверхности современного полимерного материала — пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН). Рассмотрено три варианта ориентации атома водорода относительно поверхности монослоя ППАН и пять вариантов ориентации молекулы водорода относительно поверхности одно− и двухслойного ППАН, различающиеся наличием атомов азота в ближайшем окружении выбранного адсорбционного центра полимера. Построены и проанализированы профили поверхности потенциальных энергий адсорбции атома и молекулы водорода, определены основные энергетические и геометрические характеристики процессов: энергии и расстояния адсорбции, а также зарядовые перераспределения в системах. Доказано, что ни атом, ни молекула водорода не могут адсорбироваться над центром гексагона поверхности однослойного ППАН, в остальных случаях реализуется химическая адсорбция. Для адсорбции над поверхностью двухслойного ППАН адсорбция возможна для всех вариантов ориентации молекулы водорода. Установлено негативное влияние атома азота поверхности полимера на эффективность адсорбции атомарного водорода и позитивное влияние на адсорбцию молекулярного водорода.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно−педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 гг. (Соглашение № 14.В37.21.0080).

1. Zemcov, L. M. Himicheskie prevrasheniya poliakrilonitrila pod deistviem nekogerentnogo infrakrasnogo izlucheniya / L. M. Zemcov, G. P. Karpacheva // Vysokomolek. soed. Ser. A. − 1994. − T. 36, N 6. − P. 919.
2. Kozlov, V. V. O himicheskih prevrasheniyah poliakrilonitrila pri termicheskoi obrabotke v vakuume i atmosfere ammiaka / V. V. Kozlov, G. P. Karpacheva, V. S. Petrov, E. V. Lazovskaya, S. A. Pavlov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 45—49.
3. Kozlov, V. V. Osobennosti obrazovaniya sistemy polisopryazhennyh svyazei poliakrilonitrila v usloviyah vakuuma pri termicheskoi obrabotke / V. V. Kozlov // Vysokomolek. soedineniya. − Seriya A. − 2001. − T. 43, N 1. − P. 3—26.
4. Kozhitov, L. V. Struktura i fiziko−himicheskie svoistva organicheskogo poluprovodnika na osnove poliakrilonitrila i ego kompozita s nanochasticami medi / L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, G. P. Karpacheva, V. V. Kozlov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 7—10
5. Kozhitov, L. V. Sozdanie dlya nanoelektroniki novyh materialov na osnove uglerodnogo nanokristallicheskogo materiala i metallopolimernyh nanokompozitov / L. V. Kozhitov, V. V. Kozlov, V. V. Krapuhin // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2006. − N 4. − P. 4—10.
6. Shul’ga, Yu. M. Izuchenie pirolizovannyh plenok poliakrilonitrila metodami rentgenovskoi fotoelektronnoi spektroskopii, elektronnoi Ozhe−spektroskopii i spektroskopii poter’ energii elektronov / Yu. M. Shul’ga, V. I. Rubcov, O. N. Efimov, G.P. Karpacheva, L. M. Zemcov, V. V. Kozlov // Vysokomolekulyarnye soedineniya. Ser. A. − 1996. − T. 38, N 6. − P. 989—992.
7. Sazanov, Yu. N. Thermochemical reactions of polyacrylonitrile with fullerene C60 / Yu. N. Sazanov, M. V. Mokeev, A. V. Novoselova, V. L. Ugolkov, G. N. Fedorova, A. V. Gribanov, V. N. Zgonnik // Russ. J. Appl. Chem. − 2003. − V. 76, N 3. − P. 452—456.
8. Setnescu, R. IR and X−ray characterization of the ferromagnetic phase of pyrolysed polyacrylonitrile / R. Setnescu, S. Jipa, T. Setnescu, W. Kappel, S. Kobayashi, Z. Osawa // Carbon. − 1999. − V. 37, N. 1. − P. 1—6.
9. Kozlov, V. V. Strukturnye prevrasheniya kompozita na osnove poliakrilonitrila i fullerena S60 pod vozdeistviem IK−izlucheniya / V. V. Kozlov, Yu. M. Korolev, G. P. Karpacheva // Vysokomol. soed. Ser. A. − 1999. − T. 41, N 5. − P. 836.
10. Zaporockova, I. V. Protonnaya provodimost’ uglerodnyh nanostruktur na osnove pirolizovannogo poliakrilonitrila i ee prakticheskoe primenenie / I. V. Zaporockova, V. V. Kozlov, L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, O. A. Davletova, D. G. Muratov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2008. − N 1. − P. 59—65.
11. Zaporockova, I. V. Uglerodnye i neuglerodnye nanomaterialy i kompozitnye struktury na ih osnove: stroenie i elektronnye svoistva / I. V. Zaporockova. − Volgograd : Izd−vo VolGU, 2009. − 490 s.
12. Davletova, O. A. Struktura i elektronnye harakteristiki pirolizovannogo poliakrilonitrila: diss. … kand. fiz.−mat. nauk / O. A. Davletova. − Volgograd : Volgogradskii gosudarstvennyi universitet, 2010.
13. Dewar, M. J. S. Ground states of molecules. The MNDO method. Approximations and Parameters / M. J. S. Dewar, W. Thiel // J. Amer. Chem. Soc. − 1977. − V. 99. − P. 4899—4906.
14. Dewar, M. J. S. A semiempirical model for the two−center repulsion integrals in the NDDO approximation / M. J. S. Dewar, W. Thiel // Theoret. Chem. Acta. − 1977. − V. 46. − P. 89—104.
15. Voityuk, A. A. Primenenie metoda MNDO dlya issledovaniya svoistv i reakcionnoi sposobnosti molekul / A. A. Voityuk // Zhurn. strukturnoi himii. − 1988. − T. 29, N 1. − P. 138—162.
16. Koch, W. A Chemist’s guide to density functional theory / W. Koch, M. Holthausen. − Weinheim : Wiley−VCH, 2002. − P. 19.