ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРОГЕНИЗАЦИИ ОДНОСЛОЙНОГО И ДВУХСЛОЙНОГО ПИРОЛИЗОВАННОГО ПОЛИАКРИЛОНИТРИЛА

Представлены результаты теоретического квантово−химического изучения механизмов адсорбции атомарного и молекулярного водорода на поверхности современного полимерного материала — пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН). Рассмотрено три варианта ориентации атома водорода относительно поверхности монослоя ППАН и пять вариантов ориентации молекулы водорода относительно поверхности одно− и двухслойного ППАН, различающиеся наличием атомов азота в ближайшем окружении выбранного адсорбционного центра полимера. Построены и проанализированы профили поверхности потенциальных энергий адсорбции атома и молекулы водорода, определены основные энергетические и геометрические характеристики процессов: энергии и расстояния адсорбции, а также зарядовые перераспределения в системах. Доказано, что ни атом, ни молекула водорода не могут адсорбироваться над центром гексагона поверхности однослойного ППАН, в остальных случаях реализуется химическая адсорбция. Для адсорбции над поверхностью двухслойного ППАН адсорбция возможна для всех вариантов ориентации молекулы водорода. Установлено негативное влияние атома азота поверхности полимера на эффективность адсорбции атомарноговодорода и позитивное влияние на адсорбцию молекулярного водорода.

1. Zemcov, L. M. Himicheskie prevrasheniya poliakrilonitrila pod deistviem nekogerentnogo infrakrasnogo izlucheniya / L. M. Zemcov, G. P. Karpacheva // Vysokomolek. soed. Ser. A. − 1994. − T. 36, N 6. − P. 919.

2. Kozlov, V. V. O himicheskih prevrasheniyah poliakrilonitrila pri termicheskoi obrabotke v vakuume i atmosfere ammiaka / V. V. Kozlov, G. P. Karpacheva, V. S. Petrov, E. V. Lazovskaya, S. A. Pavlov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 45—49.

3. Kozlov, V. V. Osobennosti obrazovaniya sistemy polisopryazhennyh svyazei poliakrilonitrila v usloviyah vakuuma pri termicheskoi obrabotke / V. V. Kozlov // Vysokomolek. soedineniya. − Seriya A. − 2001. − T. 43, N 1. − P. 3—26.

4. Kozhitov, L. V. Struktura i fiziko−himicheskie svoistva organicheskogo poluprovodnika na osnove poliakrilonitrila i ego kompozita s nanochasticami medi / L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, G. P. Karpacheva, V. V. Kozlov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2004. − N 4. − P. 7—10

5. Kozhitov, L. V. Sozdanie dlya nanoelektroniki novyh materialov na osnove uglerodnogo nanokristallicheskogo materiala i metallopolimernyh nanokompozitov / L. V. Kozhitov, V. V. Kozlov, V. V. Krapuhin // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2006. − N 4. − P. 4—10.

6. Shul’ga, Yu. M. Izuchenie pirolizovannyh plenok poliakrilonitrila metodami rentgenovskoi fotoelektronnoi spektroskopii, elektronnoi Ozhe−spektroskopii i spektroskopii poter’ energii ele-ktronov/ Yu. M. Shul’ga, V. I. Rubcov, O. N. Efimov, G.P. Karpacheva, L. M. Zemcov, V. V. Kozlov // Vysokomolekulyarnye soedineniya. Ser. A. − 1996. − T. 38, N 6. − P. 989—992.

7. Sazanov, Yu. N. Thermochemical reactions of polyacrylonitrile with fullerene C60 / Yu. N. Sazanov, M. V. Mokeev, A. V. Novoselova, V. L. Ugolkov, G. N. Fedorova, A. V. Gribanov, V. N. Zgonnik // Russ. J. Appl. Chem. − 2003. − V. 76, N 3. − P. 452—456.

8. Setnescu, R. IR and X−ray characterization of the ferromagnetic phase of pyrolysed polyacrylonitrile / R. Setnescu, S. Jipa, T. Setnescu, W. Kappel, S. Kobayashi, Z. Osawa // Carbon. − 1999. − V. 37, N. 1. − P. 1—6.

9. Kozlov, V. V. Strukturnye prevrasheniya kompozita na osnove poliakrilonitrila i fullerena S60 pod vozdeistviem IK−izlucheniya / V. V. Kozlov, Yu. M. Korolev, G. P. Karpacheva // Vysokomol. soed. Ser. A. − 1999. − T. 41, N 5. − P. 836.

10. Zaporockova, I. V. Protonnaya provodimost’ uglerodnyh nanostruktur na osnove pirolizovannogo poliakrilonitrila i ee prakticheskoe primenenie / I . V. Zaporockova, V. V. Kozlov, L. V. Kozhitov, V. V. Krapuhin, O. A. Davletova, D. G. Muratov // Izv. vuzov. Materialy elektron. tehniki. − 2008. − N 1. − P. 59—65.

11. Zaporockova, I. V. Uglerodnye i neuglerodnye nanomaterialy i kompozitnye struktury na ih osnove: stroenie i elektronnye svoistva / I. V. Zaporockova. − Volgograd : Izd−vo VolGU, 2009. − 490 s.

12. Davletova, O. A. Struktura i elektronnye harakteristiki pirolizovannogo poliakrilonitrila: diss. … kand. fiz.−mat. nauk / O. A. Davletova. − Volgograd : Volgogradskii gosudarstvennyi universitet, 2010.

13. Dewar, M. J. S. Ground states of molecules. The MNDO method. Approximations and Parameters / M. J. S. Dewar, W. Thiel // J. Amer. Chem. Soc. − 1977. − V. 99. − P. 4899—4906.

14. Dewar, M. J. S. A semiempirical model for the two−center repulsion integrals in the NDDO approximation / M. J. S. Dewar, W. Thiel // Theoret. Chem. Acta. − 1977. − V. 46. − P. 89—104.

15. Voityuk, A. A. Primenenie metoda MNDO dlya issledovaniya svoistv i reakcionnoi sposobnosti molekul / A. A. Voityuk // Zhurn. strukturnoi himii. − 1988. − T. 29, N 1. − P. 138—162.

16. Koch, W. A Chemist’s guide to density functional theory / W. Koch, M. Holthausen. − Weinheim : Wiley−VCH, 2002. − P. 19.