Quantum‒Chemical Simulation of Molecular Hydrogen Abstraction from Magnesium Borohydride Diammoniate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Within the framework of the cluster approach using the 6‒31G* basis set and the hybrid density functional (B3LYP), we modeled successive abstraction of H2 from the complexes (Mg(BH4)2∙2NH3)2 and (Mg(BH4)2∙2NH3)4. It was found that the initial stage of dehydrogenation needs overcoming energy barriers ~ 1.5‒1.2 eV, which requires preheating, then the process can go on with energy release until about 10 wt % of H2 is extracted, for a higher degree of conversion, additional energy costs exceeding the combustion heat of H2 will be required when extracting more than 12.5 wt % of H2. Therefore, further dehydrogenation of this compound may turn out to be inexpedient from the energy point of view.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. S. Zyubin

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

T. S. Zyubina

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

O. V. Kravchenko

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

M. V. Solov’ev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

V. P. Vasiliev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

A. A. Zaitsev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432

A. V. Shikhovtsev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences; Hydrogen energy center of AFK “Sistema”

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432; Chernogolovka, 142432

Y. A. Dobrovol’sky

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry, Russian Academy of Sciences; Hydrogen energy center of AFK “Sistema”

Email: zyubin@icp.ac.ru
Russian Federation, Chernogolovka, 142432; Chernogolovka, 142432

References

  1. Schlapbach L., Zuttel A. et al. // Nature. 2001. V. 414. P. 353. https://doi.org/10.1038/35104634
  2. ZüttelA. et al. // Mater. Today. 2003. V. 6. P. 24. https://doi.org/10.1016/S1369-7021(03)00922-2
  3. Семененко К.Н., Шилкин С.П., Полякова В.Б. и др. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1975. № 4. С. 735.
  4. Коноплев В.Н., Силина Т.А. и др. // Журн. неорган. химии. 1985. Т. 30. С. 1125.
  5. Кравченко О.В., Кравченко С.Е., Семененко К.Н. и др. // Журн. общ. химии. 1990. Т. 60. С. 2641.
  6. Кравченко О.В., Хафизова Г.М., Бурдина К.П. и др. // Журн. общ. химии.1994. Т. 64. С. 6.
  7. Yang Y., Liu Y., Zhang Y. et al. // J. Alloys Compounds. 2014. V. 585. P.674. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.208
  8. Orimo S.-I., Nakamori Y., Eliseo J.R. et al. // Chem. Rev. 2007.V. 107. P. 4111. https://doi.org/10.1021/cr0501846
  9. Satyapal S., Petrovic J., Read C. et al. // Catal. Today. 2007. V. 120. P. 246. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2006.09.022
  10. Lu J., Fang Z.Z., Sohn H.Y. et al. // Inorg. Chem. 2006. V. 45. P. 8749. https://doi.org/10.1021/ic060836o
  11. Zavorotynska O., El-Kharbachi A., Deledda S. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P.14387. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.015
  12. Klyukin I.N., Vlasova Y.N., Novikov A.S. et al. // Symmetry. 2021.V.13. P. 464. https://doi.org/10.3390/sym13030464
  13. Klyukin I.N., Novikov A.S., Zhdanov A.P. et al. // Polyhedron. 2020.V.187. P. 114682. https://doi.org/10.1016/j.poly.2020.114682
  14. Зюбин А.С., Зюбина Т.С., Кравченко О.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2016. Т. 61. С. 767.
  15. Зюбин А.С., Зюбина Т.С., Кравченко О.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2017. Т. 62. С. 305.
  16. Зюбин А.С., Зюбина Т.С., Кравченко О.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2018. Т. 63. С. 190.
  17. Solovev M.V., Chashchikhin O.V., Dorovatovskii P.V. et al. // J. Power Sources. 2018. V. 377. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.090
  18. Soloveichik G., Her J.-H., Stephens P.W. et al. // Inorg. Chem. 2008. V. 47. P. 4290. https://doi.org/10.1021/ic7023633
  19. Guo Y., Wu H., Zhou W. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 4690. https://doi.org/10.1021/ja1105893
  20. Yang Y.J., Gao M.X., Liu Y.F. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2012. V.37.P.10733. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.04.068
  21. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // Chem. Asian J. 2013. V. 8. P. 476. https://doi.org/10.1002/asia.201200970
  22. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 16326. https://doi.org/10.1021/jp404424m
  23. Jepsen L.H., Ley M.B., Filinchuk Y. et al. // Chem-Sus. Chem. 2015. V.8. P. 1452. https://doi.org/10.1002/cssc.201500029
  24. Paskevicius M., Jepsen L.H., Schouwink P. et al. // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 1565. https://doi.org/10.1039/c6cs00705h
  25. Yan Y., Dononelli W., Jorgensen M. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 9204. https://doi.org/10.1039/d0cp00158a
  26. Chen X., Yu X. et al. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 11900. https://doi.org/10.1021/jp301986k
  27. Yuan P.-F., Wang F., Sun Q. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 2836. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.075
  28. Wang K., Zhang J.-G., Lang X.-Q. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 7015. https://doi.org/10.1039/C5CP06808H
  29. Chen X., Li R., Xia G. et al. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 31027. https://doi.org/10.1039/c7ra05322c
  30. Chen X., Zou W., Li R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. P. 4241. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b00455
  31. Зюбин А.С., Зюбина Т.С., Кравченко О.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. С. 1425.
  32. Becke A.D. et al. // J.Chem.Phys. 1993. V.98. P. 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913
  33. Johnson B.J., Gill P.M.W., Pople J.A. et al. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5612.
  34. Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010. https://doi.org/10.1063/1.464906

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]2 system that occur when up to three H2 molecules are removed. The number after the letter D indicates the number of H2 molecules removed.

Download (3MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Gibbs energies for the configurations of the [Mg(BH4)22NH3]2 system arising from the removal of up to four (D0‒D4) and up to nine (D4‒D9) H2 molecules.

Download (537KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]2 system that occur when four to eight H2 molecules are removed.

Download (2MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]2 system that occur when eight to ten H2 molecules are removed.

Download (2MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Gibbs energies for configurations of the Mg(BH4)22NH3]2 system that occur when nine to twelve (D9‒D12) H2 molecules are removed.

Download (285KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]2 system arising from the removal of eleven and twelve H2 molecules, and complexes arising from the unification of D9‒D12 structures.

Download (2MB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]4 system that occur when eighteen to nineteen H2 molecules are removed.

Download (3MB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Configurations of the [Mg(BH4)22NH3]4 system that occur when nineteen to twenty-three H2 molecules are removed.

Download (3MB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Gibbs energies for the configurations of the [Mg(BH4)22NH3]4 system arising at a distance of eighteen to twenty-three H2 molecules.

Download (322KB)
Indexing metadata
11. Supplement
Download (79KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».