Адсорбційні властивості композиту поліпірол - шпінель NiCo2O4

Abstract

To interpret the experimentally established fact of the reduction of molecular oxygen on the surface of the multilayered polypyrrole/spinel (NiCo2O4) composite using quantum chemical calculations. The adsorption of oxygen molecules on surfaces of polypyrrole/spinel (NiCo2O4) composite is studied using ab initio embedded cluster calculations. The total energies of the molecular cluster of the composition Ni2Co4O22C8N2H28and the adsorption complexes Ni2Co4O22C8N2H28-O2, Ni2Co4O22C12N2H28-O2H-, Ni2Co4O22C12N2H28-2OH, Ni2Co4O22C12N2H28-H2O2H2 were calculated. The electron density distribution between the power centers, bonds and atomic orbitals were determinate. In addition, the equilibrium lengths of adsorption bonds and adsorption energy of oxygen were clarified. It was shown for the first time that in polypyrrole/spinel (NiCo2O4) composite oxygen can be reduced by four electronic mechanisms. Practical significance. The obtained results can be used in experimental studies of catalytic activity of polypyrrole/spinel (NiCo2O4) composite and other composite materials based on transition metal oxides and electrically conductive polymers.

На основе результатов квантовохимических расчетов объяснить экспериментально установленный факт восстановления молекулярного кислорода на участке поверхности полипирола композита полипирол -шпинель NiCo2O4. Методами прикладной квантовой химии выполнены ab иnitio расчеты электронной структуры и равновесные структурные параметры молекулярного кластера композита полипирол -шпинель NiCo2O4 и адсорбционных комплексов. Рассчитаны полные энергии молекулярного кластера состава Ni2Co4O22C8N2H28 и адсорбционных комплексов Ni2Co4O22C8N2H28-О2, Ni2Co4O22C12N2H28 - О2Н-, Ni2Co4O22C12N2H28 - 2ОН, Ni2Co4O22C12N2H28 - Н2О2Н2, распределение электронной плотности между силовыми центрами, связями и атомными орбиталями. Кроме того, рассчитаны равновесные длины адсорбционных связей и энергии адсорбции. Впервые показано, что на поверхности в композите полипирол - шпинель NiCo2O4 на участке полипирола кислород может восстанавливаться по 4 - х электронному механизму. Полученные результаты могут быть использованы при проведении экспериментальных исследований по усовершенствованию катализаторов восстановления кислорода на поверхности композита полипирол - шпинель NiCo2O4 и других композитных материалов на основе оксидов переходных металлов и электропроводящих полимеров.

На основі результатів квантово-хімічних розрахунків пояснити експериментально установлений факт відновлення молекулярного оксигену на ділянці поверхні поліпірола композиту поліпірол - шпінель NiCo2O4. Методами прикладної квантової хімії виконані ab іnіtіo розрахунки електронної структури і рівноважних структурних параметрів молекулярного кластера композиту поліпірол-шпінель NiCo2O4 і адсорбційних комплексів. Розраховані повні енергії молекулярного кластера складу Ni2Co4O22C8N2H28 і адсорбційних комплексів Ni2Co4O22C8N2H28 - О2, Ni2Co4O22C12N2H28 - О2Н-, Ni2Co4O22C12N2H28 – 2ОН ,Ni2Co4O22C12N2H28 – Н2О2Н2, розподіл електронної густини між силовими центрами, зв’язками і атомними орбіталями. Крім того, розраховані рівноважні довжини адсорбційних зв’язків і енергії адсорбції. Вперше показано, що на поверхні композиту поліпірол - шпінель NiCo2O4 на ділянці поліпірола оксиген може відновлюватися по 4 – х електронному механізму. Отримані результати можуть бути використані при проведенні експериментальних досліджень по удосконаленню каталізаторів відновлення оксигену на поверхні композиту поліпірол - шпінель NiCo2O4 та інших композитних матеріалів на основі оксидів перехідних металів і електропровідних полімерів.