Электрофильно-нуклеофильные и гидрофобные свойства поверхностно-модифицированных металлов


Цитировать

Полный текст

Аннотация

разработанный в Санкт-Петербургском горном университете метод наслаивания разноразмерных молекул аммониевых и кремнийорганических соединений на металлах – перспективный способ гидрофобизации и стабилизации поверхностных свойств дисперсных металлических материалов. Проведено сравнение гидрофобности образцов на основе порошка меди марки ПМС-1, обработанных в парах модификаторов в смесевом или последовательном режимах. Для физико-химического обоснования механизма гидрофобизации поверхности проведено квантово-химическое моделирование и оценка электрофильно-нуклеофильных свойств изолированных молекул модификаторов в программном комплексе HyperChem, а также их адсорбционного взаимодействия с кластерной модельной поверхностью в программном комплексе Gaussian 09. Установлено, что значения энергии адсорбции лежат в диапазоне 64–127 кДж/моль, что соответствует химическому взаимодействию молекул этилгидридсилоксана и четвертичных соединений аммония (ЧСА) с металлом. Установлено, что образцы, содержащие в поверхностном слое металла модификаторы с различными электрофильно-нуклеофильными свойствами характеризуются лучшей гидрофобностью, а также меньшим количеством гидрофильных центров поверхности. Также, установлена ключевая роль ЧСА в гидрофобизации поверхности за счет обеспечения более сильного гетероатомного взаимодействия с металлической поверхностью и формирования подготовительного ЧСА-подслоя для структурно подобных функциональных групп.

Об авторах

А. Г Сырков

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

В. Р Кабиров

Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II

Список литературы

  1. Сырков А.Г., Кабиров В.Р., Помогайбин А.П., Нго Куок Кхань Электрофильно-нуклеофильные свойства как фактор формирования антифрикционных и гидрофобных свойств металлов, поверхностно-модифицированных аммониевыми и кремнийорганическими соединениями // Конденсированные среды и межфазные границы. 2021. Т. 23. №. 2. С. 282 – 290.
  2. Силиванов М.О. Адсорбционные и кислотно-основные свойства металлов, содержащих на поверхности органогидридсилоксан и аммониевые соединения и их влияние на антифрикционный эффект: дис. … канд. хим. наук. СПб, 2018. 108 с.
  3. Кущенко А.Н. Особенности формирования сорбционных свойств и гидрофобности металлов, содержащих в поверхностном слое аммониевые и кремнийорганические соединения: дис. … канд. техн. наук. СПб, 2020. 126 с.
  4. Ячменова Л.А. Разработка энерго- и ресурсосберегающей технологии получения металлических продуктов с применением гидридных восстановителей-модификаторов: дис. канд. тех. наук. СПб, 2021. 126 с.
  5. Chmelka B.F., Lesage A. Atomic-scale characterization of functional materials, colloids, surfaces and interfaces: Why NMR is key // Current Opinion in Colloid & Interface Science. 2023. P. 101693.
  6. Верховлюк А.М. Физическая химия – основа металлургических процессов. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 216 с.
  7. Möbius D., Miller R., Fainerman V.B. Surfactants: chemistry, interfacial properties, applications. Elsevier, 2001. 661 p.
  8. Song B., Yang L.M. Two‐dimensional hypercoordinate chemistry: Challenges and prospects // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. 2024. Vol. 14. № 1. P. 1699.
  9. Ruiperez F. Application of quantum chemical methods in polymer chemistry // International Reviews in Physical Chemistry. 2019. Vol. 38. № 3-4. P. 343 – 403.
  10. Бутырская Е.В. Компьютерная химия: основы теории и работа с программами Gaussian и Gaus5, sView. М.: ООО «СОЛОН-ПРЕСС», 2011. 218 с.
  11. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B. Gaussian 09, Revision C.01, Gaussian, Inc. Wallingford: CT, 2010. P. 1053.
  12. Saidj M. et al. Molecular structure, experimental and theoretical vibrational spectroscopy,(HOMO-LUMO, NBO) investigation,(RDG, AIM) analysis,(MEP, NLO) study and molecular docking of Ethyl-2-{[4-Ethyl-5-(Quinolin-8-yloxyMethyl)-4H-1, 2, 4-Triazol-3-yl] Sulfanyl} acetate // Polycyclic Aromatic Compounds. 2023. Vol. 43. № 3. P. 2152 – 2176.
  13. Riikka L. Puurunen. Surface chemistry of atomic layer deposition: A case study for the trimethylaluminum/water process // Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 97. № 12. P. 121301 – 121352.
  14. Balasubramani S.G. et al. TURBOMOLE: Modular program suite for ab initio quantum-chemical and condensed-matter simulations // The Journal of chemical physics. 2020. Vol. 152. № 18. P. 184107
  15. Мачнев Д.А., Нечаев И.В., Введенский А.В., Козадеров О.А. Квантово-химическое моделирование эндофуллеренов металлов подгруппы скандия // Конденсированные среды и межфазные границы. 2020. Т. 22. № 3. С. 360 – 372.
  16. Нечаев И.В., Введенский А.В. Квантово-химическое моделирование взаимодействия в системе МеN(H2O)M (Me=Cu, Ag, Au; N=1–3, M=1,2) // Конденсированные среды и межфазные границы. 2019. Т. 21. № 1. C. 105 – 115.
  17. Нечаев И.В., Введенский А.В. Квантово-химическое моделирование адсорбции гидроксид-иона на металлах IB группы из водных растворов // Сорбционные и хроматографические процессы. 2008. Т. 8. № 5. С. 753 – 765.
  18. Hashemi D. et al. Design principles for the energy level tuning in donor/acceptor conjugated polymers // Physical Chemistry Chemical Physics. 2019. Vol. 21. № 2. P. 789 – 799.
  19. Рогожников Н.А. Квантово-химическое моделирование адсорбции ионов OH– на Au (111) // Электрохимия. 2021. Т. 57. № 1. С. 25 – 33.
  20. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Pb2+ на Au (111) // Электрохимия. 2019. Т. 55. № 1. С. 60 – 69.
  21. Santiago-Rodríguez Y., Herron J.A., Curet-Arana M.C., Mavrikakis M. Atomic and molecular adsorption on Au (111) // Surface Science. 2014. Vol. 627. P. 57 – 60.
  22. Zhang T. et al. Clarifying the adsorption of triphenylamine on Au (111): filling the HOMO–LUMO gap // The Journal of Physical Chemistry C. 2022. Vol. 126. № 3. P. 1635 – 1643.
  23. Prince E. (ed.). International Tables for Crystallography, Volume C: Mathematical, physical and chemical tables. Springer Science & Business Media, 2004. 1000 p.
  24. Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. Academic press, 2011. 674 p.
  25. Gisbert-Gonzalez J.M. et al. Glutamate adsorption on the Au (111) surface at different pH values // Journal of Electroanalytical Chemistry. 2021. Vol. 880. P. 114870.
  26. Niederreiter M. et al. Interplay of Adsorption Geometry and Work Function Evolution at the TCNE/Cu (111) Interface // The Journal of Physical Chemistry C. 2023. Vol. 127. № 50. P. 24266 – 24273.
  27. Jain M. et al. Adatom mediated adsorption of N‐heterocyclic carbenes on Cu (111) and Au (111) // Journal of Computational Chemistry. 2022. Vol. 43. № 6. P. 413 – 420.
  28. Rouquerol J. et al. Adsorption by powders and porous solids: principles, methodology and applications. Academic press, 2013. 626 p.
  29. Al-Ghouti M. A., Da'ana D. A. Guidelines for the use and interpretation of adsorption isotherm models: A review // Journal of hazardous materials. 2020. Vol. 393. P. 122383.
  30. Ríos‐Gutiérrez M., Saz Sousa A., Domingo L.R. Electrophilicity and nucleophilicity scales at different DFT computational levels // Journal of Physical Organic Chemistry. 2023. Vol. 36. № 7. P. e4503.
  31. Yuan C. et al. Modeling interfacial interaction between gas molecules and semiconductor metal oxides: A new view angle on gas sensing // Advanced Science. 2022. Vol. 9. № 33. P. 2203594
  32. Назарова Е.А. Влияние адсорбции аммониевых и кремнийорганических соединений на трибохимические свойства металлов (Al, Cu, Ni): дис. канд. хим. наук. СПб., 2016. 139 с.
  33. Ремзова Е.В. Нелинейность химико-физических свойств поверхностно-модифицированных металлов и гетерогенных систем на их основе: автореф. дисс. канд. хим. наук. Воронеж, 2013. 21 с.
  34. New Materials. Preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2020. 249 p.
  35. Applied Aspects of Nano-Physics and Nano-Engineering. New York: Nova Science Publishers, Inc., 2019. 308 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).