Русский
English 13-25 стр.
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. Прове-дено сравнение гидрофобности образцов на основе порошка меди марки ПМС-1, обработанных в парах модификаторов в смесевом или последовательном режимах. Для физико-химического обоснования меха-низма гидрофобизации поверхности проведено квантово-химическое моделирование и оценка электро-фильно-нуклеофильных свойств изолированных молекул модификаторов в программном комплексе HyperChem, а также их адсорбционного взаимодействия с кластерной модельной поверхностью в про-граммном комплексе Gaussian 09. Установлено, что значения энергии адсорбции лежат в диапазоне 64–127 кДж/моль, что соответствует химическому взаимодействию молекул этилгидридсилоксана и чет-вертичных соединений аммония (ЧСА) с металлом. Установлено, что образцы, содержащие в поверх-ностном слое металла модификаторы с различными электрофильно-нуклеофильными свойствами харак-теризуются лучшей гидрофобностью, а также меньшим количеством гидрофильных центров поверхно-сти. Также, установлена ключевая роль ЧСА в гидрофобизации поверхности за счет обеспечения более сильного гетероатомного взаимодействия с металлической поверхностью и формирования подготови-тельного ЧСА-подслоя для структурно подобных функциональных групп.
1. Сырков А.Г., Кабиров В.Р., Помогайбин А.П., Нго Куок Кхань Электрофильно-нуклеофильные свой-ства 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 поверхно-сти 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, содер-жащих 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 про-дуктов 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 inter-faces: 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 Inter-disciplinary 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 trimethylalumi-num/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 con-densed-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) // Элек-трохимия. 2021. Т. 57. № 1. С. 25 – 33.
20. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Pb2+ на Au (111) // Электрохи-мия. 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. Ac-ademic 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 трибохими-ческие 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.
2. Силиванов М.О. Адсорбционные и кислотно-основные свойства металлов, содержащих на поверхно-сти 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, содер-жащих 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 про-дуктов 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 inter-faces: 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 Inter-disciplinary 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 trimethylalumi-num/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 con-densed-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) // Элек-трохимия. 2021. Т. 57. № 1. С. 25 – 33.
20. Рогожников Н.А. Квантово-химическое изучение адсорбции ионов Pb2+ на Au (111) // Электрохи-мия. 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. Ac-ademic 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 трибохими-ческие 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.
Сырков А.Г., Кабиров В.Р. Электрофильно-нуклеофильные и гидрофобные свойства поверхностно-модифицированных металлов // Chemical Bulletin. 2024. Том 7. № 2. С. 13 – 25. https://doi.org/10.58224/2619-0575-2024-7-2-13-25