Nonempirical Modeling of Interactions of Fe2O2 and Fe2O4 Clusters with H2 and O2 Molecules

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

Quantum-chemical calculations of the geometric and electronic structures of compounds formed by the interaction of Fe2O2 and Fe2O4 clusters with diatomic H2 and O2 molecules in the gas phase have been performed by the density functional theory method in the generalized gradient approximation using the triple-zeta basis set. The trends in changes in the binding energy of H2 and O2 molecules with Fe2O2 and Fe2O4 clusters depending on the number of oxygen atoms have been found. It has been demonstrated that in two of the four reactions considered, the total spins of the initial reagents and final products do not coincide, that is, spin relaxation occurs. It has been concluded that nanoparticles based on Fe2O4 clusters can be used as sensors for detecting H2 and O2 molecules.

作者简介

K. Bozhenko

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

Email: bogenko@icp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia

A. Utenyshev

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

Email: bogenko@icp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia

L. Gutsev

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

Email: bogenko@icp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia

G. Gutsev

Department of Physics, Florida A&M University

Email: bogenko@icp.ac.ru
32307, Tallahassee, United States

S. Aldoshin

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

编辑信件的主要联系方式.
Email: bogenko@icp.ac.ru
142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia

参考

  1. Prima D.O., Kulikovskaya N.S., Galushko A.S. et al. // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2021. V. 31. P. 100502. https://doi.org/10.1016/J.COGSC.2021.100502
  2. Kashin A.S., Ananikov V.P. // J. Org. Chem. 2013. V. 78. P. 11117. https://doi.org/10.1021/jo402038p
  3. Yang S., Rao D., Ye J. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2021. V. 46. P. 3484. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.008
  4. Zhang X., Zhang M., Deng Y. et al. // Nature. 2021. V. 589. P. 396. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03130-6
  5. Singh B., Gawande M.B., Kute A.D. et al. // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 13620.
  6. Zhang H., Hwang S., Wang M. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2017. V. 139. P. 14143. https://doi.org/10.1021/JACS.7B06514/SUPPL_FILE/JA7B06514_SI_001.PDF
  7. Zhou J., Xu Z., Xu M. et al. // Nanoscale Adv. 2020. V. 2. P. 3624. https://doi.org/10.1039/D0NA00393J
  8. Gobbo O.L., Sjaastad K., Radomski M.W. et al. // Theranostics. 2015. V. 5. № 11. P. 1249. https://doi.org/10.7150/thno.11544
  9. Cox P.A. Transition Metal Oxides. Oxford: Clarendon, 1992. 284 p.
  10. Rao C.N., Raveau B. Transition Metal Oxides. N.Y.: Wiley, 1998. 392 p.
  11. Gong Yu., Mingfei Z., Andrews L. // Chem. Rev. 2009. V. 109. P. 6765.
  12. Fernando A., Weerawardene K.L.D.M., Karimova N.V., Aikens C.M. // Chem. Rev. 2015. V. 115. P. 6112.
  13. Singh N., Jenkins G.J.S., Asadi R., Doak S.H. // Nano Rev. 2010. V. 1. P. 358.https://doi.org/10.3402/nano.v1i0.5358
  14. Lee N.D., Yoo D., Ling D. et al. // J. Cheon. Chem. Rev. 2015. V. 115. P. 10637. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00112
  15. Golovin Y.I., Klyachko N.L., Majouga A.G. et al. // J. Nanopart. Res. 2017. V. 19. P. 63. https://doi.org/10.1007/s11051-017-3746-5
  16. Molek K.S., Anfuso-Cleary C., Duncan M.A. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 9238. https://doi.org/10.1021/jp8009436
  17. Li S., Guenther C.L., Kelley M.S., Dixon D.A. // J. Phys. Chem. C. 2011. V. 115. P. 8072. https://doi.org/10.1021/jp111031x
  18. Kesavan V., Dhar D., Koltypin Y. et al. // Pure Appl. Chem. 2001. V. 73. P. 85. https://doi.org/10.1351/pac200173010085
  19. Jones N.O., Reddy B.V., Rasouli F., Khanna S.N. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006. V. 73. P. 119901. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.119901
  20. de Oliveira O.V., de Pires J.M., Neto A.C., dos Santos J.D. // Chem. Phys. Lett. 2015. V. 634. P. 25.
  21. Gutsev G.L., Weatherford C.A., Jena P. et al. // Chem. Phys. Lett. 2013. V. 556. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2012.11.054
  22. Ju M., Lv J., Kuang X.-Y. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 6560.
  23. Gutsev G.L., Belay K.G., Bozhenko K.V. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 27858. https://doi.org/10.1039/c6cp03241a
  24. Gutsev G.L., Belay K.G., Gutsev L.G., Ramachandran B.R. // Comput. Mater. Sci. 2017. V. 137. P. 134. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.05.028
  25. Roy D.R., Robles R., Khanna S.N. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 194305. https://doi.org/10.1063/1.3425879
  26. Wang Q., Sun Q., Sakurai M. et al. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999. V. 59. P. 12672.
  27. Sun Q., Sakurai M.Q., Wang M. et al. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2000. V. 62. P. 8500. https://doi.org/https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.8500
  28. Kortus J., Pederson M.R. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2000. V. 62. P. 5755.
  29. López S., Romero A.H., Mejнa-López J. et al. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009. V. 80. P. 085107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.085107
  30. Palotás K., Andriotis A.N., Lappas A. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010. V. 81. P. 075403. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.075403
  31. Logemann R., de Wijs G.A., Katsnelson M.I., Kirilyuk A. // Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2015. V. 92. P. 144427. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.144427
  32. Gutsev G.L., Belay K.G., Gutsev L.G., Ramachandran B.R. // J. Comput. Chem. 2016. V. 37. P. 2527. https://doi.org/10.1002/jcc.24478
  33. Xue W., Wang Z.-C., He S.-G., Xie Y. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. P. 15879.
  34. Xie Y., Dong F., Heinbuch S. et al. // J. Chem. Phys. 2009. V. 130. P. 114306.
  35. Weichman M.L., DeVine J.A., Neumark D.M. // J. Chem. Phys. 2016. V. 145. P. 054302. https://doi.org/10.1063/1.4960176
  36. Gutsev G.L., Belay K.G., Gutsev L.G. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 4546. https://doi.org/10.1039/C7CP08224J
  37. Roy D.R., Roblesand R., Khanna S.N. // J. Chem. Phys. 2010. V. 2. P. 194305. https://doi.org/10.1063/1.3425879
  38. Xue W., Yin S., Ding X.-L. et al. // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113. P. 5302.
  39. Li P., Miser D.E., Rabiei S. et al. // Appl. Catal. B. 2003. V. 43. P. 151. https://doi.org/10.1016/S0926-3373(02)00297-7
  40. Khedr M.H., Abdel Halim K.S., Nasr M.I., El-Mansy A.M. // Mater. Sci. Eng. A. 2006. V. 430. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.msea.2006.05.119
  41. Reddy B.V., Rasouli F., Hajaligol M.R., Khanna S.N. // Chem. Phys. Lett. 2004. V. 384. P. 242. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2003.12.023
  42. Боженко К.В., Утенышев А.Н., Гуцев Л.Г. и др. // Журн. неорган. химии. 2022. Т. 67. № 12. С. 1789. Bozhenko K.V., Utenyshev A.N., Gutsev L.G. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2003 2022. V. 67. № 12. P. 2003. https://doi.org/10.1134/S0036023622601751
  43. Kappes M.M., Staley R.H. // J. Am. Chem. Soc. 1981. V. 103. P. 1286.
  44. Hagen J., Bernhardt T.M., Woste L. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. P. 10437.
  45. Gaussian 09, Revision C.01. Gaussian, Inc. Wallingford CT-2009.
  46. Curtiss L.A., McGrath M.P., Blaudeau J.-P. et al. // J. Chem. Phys.1995. V. 103. P. 6104. https://doi.org/10.1063/1.470438
  47. Becke A.D. // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3098. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.38.3098
  48. Perdew J.P., Wang Y. // Phys. Rev. B. 1992. V. 45. P. 13244. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.13244
  49. Gutsev G.L., Andrews L., Bauschlicher C.W. // Theor. Chem. Acc. 2003. V. 109. P. 298. https://doi.org/10.1007/s00214-003-0428-4
  50. Gutsev G.L., Rao B.K., Jena P. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 5374.
  51. Gutsev G.L., Rao B.K., Jena P. // J. Phys. Chem. A. 2000. V. 104. P. 11961. https://doi.org/10.1021/jp002252s
  52. Gutsev G.L., Bauschlicher C.W., Jr. et al // J. Chem. Phys. 2003. V. 119. P. 11135. https://doi.org/10.1063/1.1621856
  53. Pradhan K., Gutsev G.L., Weatherford C.A., Jena P. // J. Chem. Phys. 2011. V. 134. P. 144305. https://doi.org/10.1063/1.3570578
  54. Gutsev G.L., Rao B.K., Jena P. et al. // J. Chem. Phys. 2000. V. 113. P. 1473. https://doi.org/10.1063/1.481964
  55. Gutsev G.L., Rao B.K., Jena P. et al. // Chem. Phys. Lett. 1999. V. 312. P. 598. https://doi.org/10.1016/S0009-2614(99)00976-8
  56. Ju M., Lv J., Kuang X.-Y. et al. // RSC Adv. 2015. V. 5. P. 6560.
  57. Li S., Zhai H.-J., Wang L.-S., Dixon D.A. // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 1. P. 11273. https://doi.org/10.1021/jp9082008
  58. Li S., Dixon D.A. // J. Phys. Chem. A. 2008. V. 112. P. 6646.
  59. Zhai H.-J., Li S., Dixon D. A., Wang L.-S. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. P. 5167. https://doi.org/10.1021/ja077984d
  60. Grein F. // Int. J. Quantum. Chem. 2009. V. 109. P. 549. https://doi.org/10.1002/qua.21855
  61. Li S., Jamie M., Hennigan Dixon D.A., Peterson K.A. // J. Phys. Chem. A. 2009. V. 113. P. 7861. https://doi.org/10.1021/jp810182a
  62. Fang Z., Both J., Li S. et al. // J. Chem. Theory Comput. 2016. V. 12. P. 3689.
  63. Yang K., Zheng J., Zhao Y., Truhlar D.G. // J. Chem. Phys. 2010. V. 132. P. 164117. https://doi.org/10.1063/1.3382342
  64. Gutsev G., Bozhenko K., Gutsev L. et al. // J. Comput. Chem. 2019. V. 40. P. 562. https://doi.org/10.1002/jcc.25739
  65. Garcia J.M., Shaffer R.E., Sayres Scott G. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 24624.
  66. Elliott P., Singh N., Krieger K. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 502. P. 166473.
  67. Zheng Z., Zheng Q., Zhao J. // Phys. Rev. B. 2022. V. 105. P. 085142.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2.

下载 (137KB)
索引源数据
3.

下载 (166KB)
索引源数据
4.

下载 (253KB)
索引源数据
5.

下载 (450KB)
索引源数据
6.

下载 (553KB)
索引源数据

版权所有 © К.В. Боженко, А.Н. Утенышев, Л.Г. Гуцев, Г.Л. Гуцев, С.М. Алдошин, 2023

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».