Preview

Journal of Advanced Materials and Technologies

Расширенный поиск

Исследование адсорбции триалкиламинов на поверхности фталоцианина меди методами теории функционала плотности

https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.286-295

Аннотация

Рассмотрены возможности применения триалкиламинов неразветвленного строения для изменения олеофильно-гидрофильных свойств поверхности фталоцианина меди. Методами молекулярного моделирования с использованием теории функционала плотности исследованы характеристики процесса адсорбции триалкиламинов с длиной алкильной цепи n = 1…8. Рассчитано изменение свободной энергии Гиббса для адсорбции исследуемых поверхностно-активных веществ из водной фазы на поверхностях (001), (201) и содержащей атом металла. Определено, что на неполярные поверхности (001) и (201) адсорбция триалкиламинов из водной фазы не происходит (ΔG = 18…41 кДж/моль). Для адсорбции на поверхность, содержащую атом металла, отрицательные значения энергии Гиббса наблюдаются для трипентиламина и выше (при условии полной потери вращательных и поступательных степеней свободы) или для всех, кроме триэтиламина (при частичном сохранении вращательных степеней свободы). Однако для тригексиламина и выше при адсорбции на поверхность с атомом металла будут наблюдаться стерические затруднения. Для всех рассмотренных триалкиламинов наблюдаются более низкие значение энергии Гиббса для адсорбции на поверхность с атомом металла, чем на неполярные поверхности, что говорит об избирательной адсорбции данных поверхностно-активных веществ на поверхность фталоцианина меди. По результатам исследования выявлено, что наилучшими характеристиками для олеофилизации поверхности фталоцианина меди обладает трипентиламин.

Об авторах

А. А. Дегтярев
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Дегтярев Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



А. В. Тришина
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Тришина Александра Викторовна, ассистент

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



Е. И. Кровякова
Тамбовский государственный технический университет
Россия

Кровякова Елизавета Ивановна, студент

ул. Советская, 106/5, пом. 2, Тамбов, 392000



Список литературы

1. Lambourne R, Strivens TA. Paint and surface coatings: theory and practice. Saint Petersburg: William Andrew publ. house; 1999. 784 p. (In Russ.)

2. Indeikin EA, Leibzon LN, Tolmachev IA. Pigmentation of paints and varnishes. Leningrad: Khimiya; 1986. 160 p. (In Russ.)

3. Degtyarev AA, Trishina AV, Tarakanov AG. Research of the sorption activity of copper phthalocyanine. Butlerovskiye soobshcheniya = Butlerov Communications. 2018;55(7):22-30. DOI:10.37952/ROI-jbc-01/18-55-7-22 (In Russ.)

4. Degtyarev AA, Trishina AV, Dyachkova TP, Subocheva MYu, Obraztsova EYu. Predicting the possibility of oleophilizing surfaces of copper phthalocianin on the basis of reactivity descriptors. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2020;94(8):1694-1698. DOI:10.1134/S0036024420080051

5. Vinogradov SV, Kononov MA, Pustovoi VI, Svetikov VV. Plasmonic spectroscopy of the water solutions of the copper phthalocyanine adsorbed on a silver surface. Prikladnaya Fizika = Plasma Physics Reports. 2018;(1):69-73 (In Russ.)

6. Koshida H, Takahashi Y, Okuyama H, Hatta S, et al. CuPc adsorption on Au(110)-(1 × 2): from a monomer to a periodic chain. e-Journal of Surface Science and Nanotechnology. 2022;20(1):25-30. DOI:10.1380/ejssnt.2022-010

7. Huang Y, Wruss E, Egger D, Kera S, et al. Understanding the adsorption of CuPc and ZnPc on noble metal surfaces by combining quantum-mechanical modelling and photoelectron spectroscopy. Molecules. 2014;19(3):2969-2992. DOI:10.3390/molecules19032969

8. Komolov AS, Lazneva EF, Gerasimova NB, Zimina MV, et al. Water-soluble copper phthalocyanine for optimization of gas-sensor characteristics of tin dioxide upon adsorption of ammonia. Fizika tverdogo tela = Physics of the Solid State. 2015;57(12):2550-2554. DOI:10.1134/S1063783415120203 (In Russ.)

9. Gavrilenko MA. Use of a copper phtalocyanine adsorption layer for subtraction of spirits in gasochromatographic analysis. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2006;309(4):98-100 (In Russ.)

10. Yin S, Wang C, Xu B, Bai C. Studies of CuPc adsorption on graphite surface and alkane adlayer. The Journal of Physical Chemistry B. 2002;106(35):9044- 9047. DOI:10.1021/jp0202901

11. Brown CJ. Crystal structure of β-copper phthalocyanine. Journal of the Chemical Society A. 1968;2488-2493. DOI:10.1039/J19680002488

12. Defeyt C, Vandenabeele P, Gilbert B, Van Pevenage J, et al. Contribution to the identification of α-, β- and ε-copper phthalocyanine blue pigments in modern artists’ paints by x-ray powder diffraction, attenuated total reflectance micro-Fourier transform infrared spectroscopy and micro-Raman spectroscopy. Journal of Raman Spectroscopy. 2012;43(11):1772-1780. DOI:10.1002/jrs.4125

13. Gorelik TE, Habermehl S, Shubin AA, Gruene T, et al. Crystal structure of copper perchlorophthalocyanine analysed by 3D electron diffraction. Acta Crystallographica Section B Structural Science, Crystal Engineering and Materials. 2021;77(4):662-675. DOI:10.1107/S2052520621006806

14. Zou T, Wang X, Ju H, Zhao L, et al. Controllable molecular packing motif and overlap type in organic nanomaterials for advanced optical properties. Crystals. 2018;8(1):22. DOI:10.3390/cryst8010022

15. Khivantsev K, Jaegers NR, Kwak J, Szanyi J, Kovarik L. Precise identification and characterization of catalytically active sites on the surface of γ-alumina**. Angewandte Chemie International Edition. 2021;60(32):17522-17530. DOI:10.1002/anie.202102106

16. Shor EA, Shor AM, Nasluzov VA. Quantumchemical modeling of Ag/CeO2 nanoscale catalysts. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2023;97(5):836- 845. DOI:10.1134/S0036024423050242

17. Rudenko EI, Dohlikova NV, Gatin AK, Sarvadiy SY, et al. Simulation of hydrogen and oxygen adsorption on palladium nanoparticles located on a graphite substrate with various defects. Russian Journal of Physical Chemistry B. 2023;17(4):845-852. DOI:10.1134/S1990793123040164

18. Nizovtsev AS. Interaction of carbon monoxide with transition metal phthalocyanines. Journal of Structural Chemistry. 2023;64(7):1275-1282. DOI:10.1134/S0022476623070119

19. Degtyarev AA, Zarapina IV, Zdereva AV. Modeling the sorption of low-molecular compounds on the surface of copper phthalocyanine by the method of density functional theory. Butlerovskiye soobshcheniya = Butlerov Communications. 2021;65(3):86-92. DOI:10.37952/ROIjbc-01/21-65-3-86 (In Russ.)

20. Bannwarth C, Ehlert S, Grimme S. GFN2–xTB–An accurate and broadly parametrized self-consistent tightbinding quantum chemical method with multipole electrostatics and density-dependent dispersion contributions. Journal of Chemical Theory and Computation. 2019;15(3):1652-1671. DOI:10.1021/acs.jctc.8b01176

21. Grimme S, Hansen A, Ehlert S, Mewes J-M. r 2 SCAN-3c: A “swiss army knife” composite electronicstructure method. The Journal of Chemical Physics. 2021;154(6):064103. DOI:10.1063/5.0040021

22. Najibi A, Goerigk L. DFT-D4 counterparts of leading meta-generalized-gradient approximation and hybrid density functionals for energetics and geometries. Journal of Computational Chemistry. 2020;41(30):2562- 2572. DOI:10.1002/jcc.26411

23. Caldeweyher E, Bannwarth C, Grimme S. Extension of the D3 dispersion coefficient model. The Journal of Chemical Physics. 2017;147(3):034112. DOI:10.1063/1.4993215

24. Caldeweyher E, Ehlert S, Hansen A, Neugebauer H, et al. A generally applicable atomic-charge dependent London dispersion correction. The Journal of Chemical Physics. 2019;150(15):154122. DOI:10.1063/1.5090222

25. Hellweg A, Rappoport D. Development of new auxiliary basis functions of the Karlsruhe segmented contracted basis sets including diffuse basis functions (def2-SVPD, def2-TZVPPD, and def2-QVPPD) for RI-MP2 and RI-CC calculations. Physical Chemistry Chemical Physics. 2015;17(2):1010-1017. DOI:10.1039/C4CP04286G

26. Rappoport D, Furche F. Property-optimized gaussian basis sets for molecular response calculations. The Journal of Chemical Physics. 2010;133(13):134105. DOI:10.1063/1.3484283

27. Boys SF, Bernardi F. The calculation of small molecular interactions by the differences of separate total energies. Some procedures with reduced errors. Molecular Physics. 1970;19(4):553-566. DOI:10.1080/00268977000101561

28. Ehlert S, Stahn M, Spicher S, Grimme S. Robust and efficient implicit solvation model for fast semiempirical methods. Journal of Chemical Theory and Computation. 2021;17(7):4250-4261. DOI:10.1021/acs. jctc.1c00471

29. Garcia-Ratés M, Neese F. Effect of the solute cavity on the solvation energy and its derivatives within the framework of the gaussian charge scheme. Journal of Computational Chemistry. 2020;41(9):922-939. DOI:10.1002/jcc.26139

30. Mayhall NJ, Raghavachari K, Hratchian HP. ONIOM-based QM:QM electronic embedding method using Löwdin atomic charges: energies and analytic gradients. The Journal of Chemical Physics. 2010;132(11):114107. DOI:10.1063/1.3315417

31. Neese F. Software update: the ORCA program system – version 5.0. WIREs Computational Molecular Science. 2022;12(5):e1606. DOI:10.1002/wcms.1606

32. Liu S-C, Zhu X-R, Liu D-Y, Fang D-C. DFT calculations in solution systems: solvation energy, dispersion energy and entropy. Physical Chemistry Chemical Physics. 2023;25(2):913-931. DOI:10.1039/D2CP04720A

33. Herbert JM. Dielectric continuum methods for quantum chemistry. WIREs Computational Molecular Science. 2021;11(4):e1519. DOI:10.1002/wcms.1519

34. Mu WH, Chasse GA, Fang DC. Test and modification of the van der Waals’ radii employed in the default PCM model. International Journal of Quantum Chemistry. 2008;108(9):1422-1434. DOI:10.1002/qua.21674

35. Tao JY, Mu WH, Chass GA, Tang TH, Fang DC. Balancing the atomic waistline: Isodensity-based scrf radii for main-group elements and transition metals. International Journal of Quantum Chemistry. 2013;113(7):975-984. DOI:10.1002/qua.24065

36. Lange AW, Herbert JM. A smooth, nonsingular, and faithful discretization scheme for polarizable continuum models: The switching/Gaussian approach. The Journal of Chemical Physics. 2010;133(24):244111. DOI:10.1063/1.3511297

37. Boese R, Bläser D, Antipin MY, Boese R, Antipin MY, Chaplinski V, de Meijere A. Non-planar structures of Et3N and Pri3N: a contradiction between the X-ray, and NMR and electron diffraction data for Pri3N. Chemical Communications. 1998;(7):781-782. DOI:10.1039/a708399h

38. Banert K, Heck M, Ihle A, Shoker T, et al. NonPlanar structures of sterically overcrowded trialkylamines. Chemistry – A European Journal. 2021;27(11):3700-3707. DOI:10.1002/chem.202003933


Рецензия

Для цитирования:


Дегтярев А.А., Тришина А.В., Кровякова Е.И. Исследование адсорбции триалкиламинов на поверхности фталоцианина меди методами теории функционала плотности. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(4):286-295. https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.286-295

For citation:


Degtyarev A.A., Trishina A.V., Krovyakova E.I. Study of the trialkylamines adsorption on the surface of copper phthalocyanine using density functional theory methods. Journal of Advanced Materials and Technologies. 2024;9(4):286-295. https://doi.org/10.17277/jamt.2024.04.pp.286-295

Просмотров: 89

JATS XML


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-2192 (Print)
ISSN 2782-2206 (Online)