КВАНТОВО-ХІМІЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕТВОРЕНЬ ЕАК ВОЛЬФРАМАТОВМІСНИХ РОЗТОПІВ НА ПОВЕРХНІ СКЛОВУГЛЕЦЕВОГО ЕЛЕКТРОДА

Анотація

В даній роботі проведено квантовохімічне вивчення процесів адсорбції окремих атомів вольфраму на скловуглецевій поверхні. Передумовою для проведення цього дослідження було вивчення механізму формування електрохімічно активних частинок в реакційному середовищі (вольфраматовмісний розтоп) з подальшим їх електровідновленням на поверхні скловуглецевого електрода. В роботі використаний квантовохімічний метод теорії функціоналу густини (DFT). Виконано DFT-розрахунок енергії адсорбції вольфраму на поверхні електрода та розрахунок структурних і зарядових характеристик досліджуваних систем. Поверхню скловуглецевого електрода в роботі представлено у вигляді вуглецевого кластера, який складається з двох шарів вуглецю, насичених атомами водню для усунення крайових ефектів. Встановлено дві позиції атома вольфраму відносно поверхні електрода – вершинна позиція (on top) та лункова (hollow). Зроблено оцінку стійкості отриманих конфігурацій на основі отрманих величин повних енергій. Знайдено, що менш стійкою є вершинна позиція (on top) з енергією адсорбції Eадс = -7,08 еВ/атом та одним W-С-зв'язком, а енергія адсорбції в позиції (hollow) становить -8,33 еВ/ атом. Зроблено припущення, що лункова позиція (on top) може бути центром нуклеації атомів вольфраму. Однак при релаксації атом W з указаної позиції може зміщуватись в положення наявних вакансій. На основі отриманих енергетичних та структурних даних досліджуваних систем побудовано залежності енергій взаємодій в системі Сn/W від відстані сорбат-сорбент в обох розглядуваних положаннях атома вольфраму по відношенню до кластера поверхні електрода (положення on top та hollow). Отримані результати на якісному рівні можуть бути сформульовані в загальні закономірності для всіх можливих аналогічних (молібдено-, тантало-, ніобієвмісних) систем.