Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ ГАЗОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА В ПРИСУТСТВИИ МОЛЕКУЛ ВОДЫ
Автор В. В. Петров, М. М. Авилова
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 539.217.5:546.28: 544.169
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-47-54
Аннотация Тонкие пленки полиакрилонитрила (ПАН), прошедшие термообработку инфракрасным отжигом при температуре 300–600 °С проявляют газочувствительные свойства к ряду газов – поллютантов. В работе проведены теоретические исследования возможности адсорбции неорганических газов на поверхность кластера термообработанного полиакрилонитрила. Для оценки возможности адсорбции молекул газов на поверхность полиакрилонитрила проведены квантово-химические расчеты и молекулярное моделирование с использованием программ HyperChem, GAUSSIAN07 и Сhemoffice 2010. Исследование возможности адсорбции молекул газов проводилось в присутствии молекулы воды, то есть в условиях близких к реальным. В целях моделирования системы «кластер ПАН – молекула воды – молекула газа» рассчитана конфигурация кластера ПАН, состоящего из параллельно расположенных друг другу пентамеров ПАН. Методами молекулярного моделирования определено расположение над кластером ПАН молекулы воды и молекулы газа и рассчитаны энергии связи молекул с кластером ПАН. Проведены расчеты термодинамических параметров кластера ПАН и стерической энергии системы при адсорбции на поверхности кластера ПАН молекул воды и молекул некоторых газов (диоксида азота, метана, аммиака, оксида серы (II), сероводорода, озона, монооксида углерода, оксида углерода (II), хлора). Методом молекулярного моделирования и квантово-химических расчетов показано, что молекула воды за счет своего высокого дипольного момента обладает большой энергией связи с поверхностью кластера полиакрилонитрила. В присутствии молекул воды пленки полиакрилонитрила могут обладать максимальной газочувствительностью к молекулам угарного газа, а также хлора и углекислого газа. Анализ полученных результатов показал отсутствие газочувствительности полиакрилонитрила к озону.

Скачать в PDF

Ключевые слова ПАН; квантово-химические расчеты; молекулярное моделирование; энергия оптимизации; стерическая энергия; адсорбция газов; влияние влажной среды.
Библиографический список 1. Петров В.В., Семенистая Т.В. Металлсодержащий полиакрилонитрил: состав, структура, свойства. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – 169 с.
2. Семенистая Т.В., Петров В.В., Бедная Т.А. Энергоэффективные сенсоры газов на основе нанокомпозитных органических полупроводников. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2013.
– 120 с.
3. Семенистая Т.В., Петров В.В., Ладыгина А.А. Энергоэфективные датчики газа на основе нанокомпозитных материалов металлсодержащего полиакрилонитрила // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 4 (153). – С. 219-229.
4. Волькенштейн М.В. Конфигурационная статистика полимерных цепей. – М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1959. – 466 с.
5. Игнатов С.К. Квантово-химическое моделирование молекулярной структуры, физико-химических свойств и реакционной способности. Часть 1. Обзор современных методов электронной структуры и теории функционала плотности. – Нижний Новгород, ННГУ, 2007. – 84 с.
6. Avilova M.M., Petrov V.V. A Study of Gas-Sensitive Properties of Cobalt-Modified Polyacrylonitrile Films by the Methods of Molecular Modeling and Quantum Chemistry // Russian Journal of Physical Chemistry B. – 2017. – Vol. 11, No. 4. – P. 618-623.
7. Земцов Л.М., Карпачева Г.П. Химические превращения полиакрилонитрила под действием некогерентного инфракрасного излучения // Высокомолекулярные соединения.
– 1994. – Т. 3,. № 6. – C. 919-924.
8. Bakshi A.K., Bhalla. G. Electrically conducting polymers: Materials of the twenty-first century // J. of Scientific & industrial Research. – 2004. – Vol. 63. – P. 715-728.
9. Jing M., Wang C., Wang Q, et al. Chemical structure evolution and mechanism dur- ing pre-carbonization of PAN-based stabilized fiber in the temperature range of 350–600 °C // Polymer Degradation and Stability. – 2007. – Vol. 92. – P. 1737-1742.
10. Кларк Т. Компьютерная химия. - М.: Мир, 1990.-382с.
11. Hoenberg P., Kohn W. Inhomogeneous Electron Gas // Phys. Rev. – 1964. – Vol. 136. – B864-B871.
12. Parr R.G., Yang W. Density Functional Theory of Atoms and Molecules. – Oxford: Oxford University Press, 1989. – 352 p.
13. Киттель Ч. Квантовая теория твердых тел. – М.: Наука,1967. – 491 с.
14. Anikeev N.A. Theoretical studies of the structure of the metal – carbon composites on the base of acryle – nitrile nanopolimer // Journal of nano and electronic physics. – 2014. – Vol. 6,
No. 3. – P. 03035-03036.
15. Аникеев Н.А. Металлоуглеродные нанокомпозиты на основе пиролизованного полиакрилонитрила // Известия вузов. Материалы электронной техники. – 2014. – № 2 (66).
– C. 144–142.
16. Дашевский В.Г. Конформационный анализ органических молекул. – М.: Химия, 1982.
– 347 с.
17. Рафиков С. Р., Павлова С. А., Твердохлебова И. И. Методы определения молекулярных весов и полидисперсности высокомолекулярных соединений. – М.: Изд-во АН СССР, 1963. – 336 с.
18. Авилова М. М., Петров В. В. Исследование взаимодействия неорганических газов с поверхностью кобальтсодержащего полиакрилонитрила в присутствии молекул воды // Химическая безопасность. – 2017. – Т. 1, № 2. – C. 108-116.,
19. Справочник химика / под ред. Б.П.Никольского. – М., Л.: Химия, 1982. – Т. 1. – С. 1072.
20. Петров В.В. Исследование особенностей взаимодействия молекул газов с поверхностью оксидных газочувствительных материалов // Нано- и микросистемная техника. – 2007.
– № 1. – C. 24-27.

Comments are closed.