Nghiên cứu sự hấp phụ carbon monoxide trên cluster germani pha tạp niken bằng phương pháp hóa học tính toán

Nghiên cứu sự hấp phụ CO trên cluster Gen Ni (n = 1-9) sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) tại mức lí thuyết B3P86/6-311+G(d). Tất cả các đồng phân bền nhất của phức đều ở trạng thái spin thấp (singlet và triplet) được tạo thành từ tương tác giữa đồng phân bền nhất của cluster với CO. Các phức tạo thành đều có năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác âm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu sự hấp phụ carbon monoxide trên cluster germani pha tạp niken bằng phương pháp hóa học tính toán Tạp chí Khoa học - Trường ĐH Quy Nhơn, ISSN: 1859-0357, Tập 13, Số 1,Tập 13,Tr. 2019, Số107-117 1, 2019 NGHIÊN CỨU SỰ HẤP PHỤ CARBON MONOXIDE TRÊN CLUSTER GERMANI PHA TẠP NIKEN BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC TÍNH TOÁN LÊ THỊ ĐẨU1, NGUYỄN ĐỨC MINH2, HỒ QUỐC ĐẠI3, NGUYỄN NGỌC TRÍ4, VŨ THỊ NGÂN5* 1,3,4,5 Phòng thí nghiệm hóa học tính toán và mô phỏng, Trường Đại học Quy Nhơn 2 Khoa Khoa học, Trường Đại học Quảng Bình TÓM TẮT Nghiên cứu sự hấp phụ CO trên cluster GenNi (n = 1-9) sử dụng phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT) tại mức lí thuyết B3P86/6-311+G(d). Tất cả các đồng phân bền nhất của phức đều ở trạng thái spin thấp (singlet và triplet) được tạo thành từ tương tác giữa đồng phân bền nhất của cluster với CO. Các phức tạo thành đều có năng lượng hấp phụ và năng lượng tương tác âm. Khả năng hấp phụ của cluster pha tạp phụ thuộc vào kích thước cluster, mạnh nhất với n=1 và 3, yếu nhất với n=2, 8 và 9. Bản chất của sự hấp phụ này là hấp phụ hóa học do có liên kết cho nhận σ(Ni-C) và tương tác cho nhận ngược từ AO-3d của Ni tới MO phản liên kết π* của CO. Ảnh hưởng của nguyên tử Ge tới khả năng hấp phụ của cluster mạnh nhất đối với n=9. Tóm lại, khả năng hấp phụ của cluster GenNi phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước và cấu trúc cluster. Từ khóa: Hấp phụ CO, cluster germani pha tạp niken, năng lượng hấp phụ, năng lượng tương tác, tương tác cho nhận. ABSTRACT Adsorption of Carbon Monoxide on GenNi (n = 1-9) Cluster Using Theoretical Methods The adsorption of CO on GenNi (n = 1-9) clusters using density functional theory (DFT) at the B3P86/6-311+G(d) level of theory was investigated. All of the most stable complexes, which are formed from interaction between CO and the lowest-lying isomers of the corresponding clusters, prefer the low spin states (singlet and triplet). The complexes possess negative adsorption energies and interaction energies; and the most negative one is with n=1 and 3; and the least negative with n=2, 8 and 9. The obtained results show that the adsorption of CO on the GenNi clusters are of chemical nature with a coordination bond σ(Ni-C) and back donation from AO-3d of Ni atom to anti-bonding orbital π* of CO. The effect of the Ge atoms in the clusters on the adsorption ability is the strongest in the case of n=9. In conclusion, the CO adsorption ability of the GenNi clusters strongly depends on size and structure of the cluster. Keywords: Carbon monoxide adsorption, Ni-doped germanium cluster, adsorption energy, interaction energy, donor-acceptor interaction. 1. Giới thiệu Cluster nguyên tố được biết đến với những cấu trúc hình học đặc biệt, có đối xứng cao và tính chất mới. Gần đây, cluster germani nguyên chất được quan tâm nghiên cứu nhiều [1], [2] bởi Email: vuthingan@qnu.edu.vn * Ngày nhận bài: 17/8/2018; Ngày nhận đăng: 20/12/2018 107 Lê Thị Đẩu, Nguyễn Đức Minh, Hồ Quốc Đại, Nguyễn Ngọc Trí, Vũ Thị Ngân tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn. Các nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của cluster germani pha tạp nguyên tố khác cũng được quan tâm hơn như pha tạp halogen [3], [4], kim loại nhóm chính [5], kim loại chuyển tiếp [6], [7]... Những nghiên cứu này cho thấy độ bền của cluster thay đổi theo loại nguyên tử pha tạp, đặc biệt với các nguyên tố pha tạp là kim loại chuyển tiếp, AO-3d đóng vai trò quan trọng trong sự biến đổi từ tính và hoạt tính xúc tác của cluster. Các nghiên cứu gần đây còn chỉ ra rằng các cluster pha tạp kim loại chuyển tiếp ở kích thước bé có tiềm năng làm chất xúc tác tốt vì chúng vừa có khả năng cho vừa có khả năng nhận electron trong các quá trình chuyển hóa hóa học [8], [9]. Carbon monoxide (CO) là một khí không màu, không mùi và cực độc đối với người và động vật khi gặp phải ở nồng độ trên 35 ppm [10]. Nó được biết đến là một trong những khí thường gây tử vong nhất và là thành phần đáng kể trong các chất gây ô nhiễm không khí được tạo ra trong cuộc sống hàng ngày của con người. Một trong những mối quan tâm lớn hiện nay về môi trường là tìm ra cách giảm thiểu khí CO trong không khí và vì thế nhiều nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các vật liệu hấp phụ CO tốt để loại bỏ nó trước khi thải khí ra môi trường. Đã có nhiều nghiên cứu về khả năng hấp phụ và giải hấp CO lên hợp kim như FeCo [11] hoặc cluster như cluster BN pha tạp Mg, Ge, ...