Molecular Dynamics Study of the Structural and Diffusion Properties of Dehydrated Layered Double Aluminum and Lithium Hydroxide

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

An atomistic model of dehydrated Cl-doped double layer aluminum–lithium hydroxide Li⋅Al2(OH)6Cl">Li⋅Al2(OH)6Cl (DALH-Cl), which is a promising material for the sorption of lithium from weak brines, has been developed. The effective charges of the atoms of the system have been determined using the density derived electrostatic and chemical (DDEC6) methods. A molecular dynamics analysis of DALH-Cl has been performed within the developed model. The structural characteristics of three atomic pairs in metallic layers of DALH-Cl and the probability density distribution of atoms in the direction perpendicular to these layers have been calculated. The temperature dependence of the diffusion coefficient of lithium atoms in the space between metallic layers in the temperature range of 325–450 K has been evaluated.

About the authors

V. G. Luk'yanchuk

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University);Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: lukianchuk.vg@phystech.edu
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia;125412, Moscow, Russia

A. V. Lankin

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University);Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences

Email: alex198508@yandex.ru
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia;125412, Moscow, Russia

G. E. Norman

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University);Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences;HSE University

Author for correspondence.
Email: norman@ihed.ras.ru
141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia;125412, Moscow, Russia;101000, Moscow, Russia

References

  1. H. Bae and Y. Kim, Mater. Adv. 2, 3234 (2021).
  2. Y. Liu, B. Ma, Y. Lu¨, C. Wang, and Y. Chen, Int. J. Miner. Metall. Mater. 30, 209 (2023).
  3. A. Khalil, S. Mohammed, R. Hashaikeh, and N. Hilal, Desalination 528, 115611 (2022).
  4. M. Lal and A. T. Howe, J. Chem. Soc., Chem.Commun. 15, 737 (1980).
  5. M. P. Paranthaman, L. Li, J. Luo, T. Hoke, H. Ucar, B. A. Moyer, and S. Harrison, Environ. Sci. Technol. 51, 13481 (2017).
  6. А. Б. Алхасов, Д. А. Алхасова, А. Ш. Рамазанов, М. А. Каспарова, Теплоэнергетика 6, 25 (2016).
  7. А. Б. Алхасов, Д. А. Алхасова, А. Ш. Рамазанов, М. А. Каспарова, Теплоэнергетика 7, 17 (2017).
  8. L. Wu, L. Li, S. F. Evans, T. A. Eskander, B. A. Moyer, Z. Hu, P. J. Antonick, S. Harrison, M. P. Paranthaman, R. Riman, and A. Navrotsky, J. Am. Ceram. Soc. 102, 2398 (2019).
  9. A. V. Besserguenev, T. D. Dzhambazov, O. V. Magdysyuk, and P. G. Bruce, Chem. Mater. 9, 241 (1997).
  10. D. G. Costa, A. B. Rocha, R. Diniz, W. F. Souza, S. S. X. Chiaro, and A. A. Leitao, J. Phys. Chem. C 114, 14133 (2010).
  11. Y. Zhang, X. Cheng, C. Wu, J. K¨ohler, and S. Deng, Molecules 24, 2667 (2019).
  12. Н. Д. Кондратюк, В. В. Писарев, УФН 193, 437 (2023).
  13. Н. М. Щелкачев, Р. Е. Рыльцев, Письма в ЖЭТФ 102, 732 (2015).
  14. В. Р. Белослудов, К. В. Гец, Р. К. Жданов, Ю. Ю. Божко, Р. В. Белослудов, Л.-Дж. Чен, Письма в ЖЭТФ 115, 144 (2022).
  15. Е. О. Хазиева, Н. М. Щелкачев, А. О. Типеев, Р. Е. Рыльцев, ЖЭТФ 164 (2023), принята в печать.
  16. J. Chen and L. Li, Письма в ЖЭТФ 112, 119 (2020).
  17. В. Н. Рыжов, Е. Е. Тареева, Ю. Д. Фомин, Е. Н. Циок, УФН 190(5), 449 (2020).
  18. R. T. Cygan, J. J. Liang, and A. G. Kalinichev, J. Phys. Chem. B 108, 1255 (2004).
  19. R. T. Cygan, J. A. Greathouse, and A. G. Kalinichev, J. Phys. Chem. C 125, 17573 (2021).
  20. N. Kim, A. Harale, T. T. Tsotsis, and M. Sahimi, J. Chem. Phys. 127, 224701 (2007).
  21. G. M. Lombardo, G. C. Pappalardo, F. Punzo, F. Costantino, U. Costantino, and M. Sisani, Eur. J. Inorg. Chem. 2005, 5026 (2005).
  22. A. C. T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, and W. A. Goddard III, J. Phys. Chem. A 105, 9396 (2001).
  23. T. P. Senftle, S. Hong, M. M. Islam, S. B. Kylasa, Y. Zheng, Y. K. Shin, C. Junkermeier, R. Engel-Herbert, M. J. Janik, H. M. Aktulga, T. Verstraelen, A. Grama, and A. C. T. van Duin, npj Comput Mater 2, 15011 (2016).
  24. I. Sissoko, E. T. Iyagba, R. Sahai, and P. Biloen, J. Solid State Chem. 60, 283 (1985).
  25. S.-T. Zhang, H. Yan, M. Wei, D. G. Evans, and X. Duan, J. Phys. Chem. C 116, 3421 (2012).
  26. E. V. Tararushkin, V. V. Pisarev, and A. G. Kalinichev, Cement and Concrete Research 156, 106759 (2022).
  27. G. P'erez-S'anchez, T. L. P. Galvao, J. Tedim, and J. R. B. Gomes, Appl. Clay Sci. 165, 164 (2018).
  28. T. A. Manz and N. G. Limas, RSC Adv. 6, 47771 (2016).
  29. N. G. Limas and T. A. Manz, RSC Adv. 6, 45727 (2016).
  30. B. Delley, J. Chem. Phys. 113, 7756 (2000).
  31. W. Tang, E. Sanville, and G. Henkelman, J. Phys. Condens. Matter 21, 084204 (2009).
  32. M. Pekka and N. Lennart, J. Phys. Chem. A 105, 9954 (2001).
  33. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys. Condens. Matter 21, 395502 (2009).
  34. A. P. Thompson, H. M. Aktulga, R. Berger et al. (Collaboration), Comput. Phys.Commun. 271, 10817 (2022).
  35. Е. А. Лобашев, А. С. Антропов, В. В. Стегайлов, ЖЭТФ 163, 201 (2023).
  36. A. Antropov and V. Stegailov, J. Nucl. Mater. 573, 154123 (2023).
  37. A. B. Belonoshko, J. Fu, and G. Smirnov, Phys. Rev. B 104, 104103 (2021).
  38. A. B. Belonoshko, S. I. Simak, W. Olovsson, and O. Yu. Vekilova, Phys. Rev. B 105, L180102 (2022).
  39. V. G. Baidakov and A. O. Tipeev, J. Non-Cryst. Solids 503-504, 302 (2019).
  40. N. D. Kondratyuk, G. E. Norman, and V. V. Stegailov, J. Chem. Phys. 145, 204504 (2016).
  41. N. Kondratyuk, D. Lenev, and V. Pisarev, J. Chem. Phys. 152, 191104 (2020).
  42. J. T. Bullerjahn, S. von Bu¨low, and G. Hummer, J. Chem. Phys. 153, 024116 (2020).
  43. D. M. Heyes, E. R. Smith, and D. Dini, J. Chem. Phys. 150, 174504 (2019).
  44. A. O. Tipeev, E. D. Zanotto, and J. P. Rino, J. Phys. Chem. C 122, 28884 (2018).
  45. V. I. Deshchenya, N. D. Kondratyuk, A. V. Lankin, and G. E. Norman, J. Mol. Liq. 367, 120456 (2022).
  46. О. В. Кашурин, Н. Д. Кондратюк, А. В. Ланкин, Г. Э. Норман, Журнал физической химии 97, 836 (2023).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

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».