دهیدروژناسیون لیتیوم هیدرازینیدوبوران
چکیده
با استفاده از رویکرد تئوری تابع چگالی، تحلیل دهیدروژناسیون جزئی فاز گازی برای واحدهای مونومری و نیز دایمری لیتیوم هیدرازینیدوبوران (LiN2 H3 BH3) انجام شده است. اتم ها در فرمالیزم مولکول ها (AIM) برای ایجاد پیوند در مسیرهای واکنشی دلخواه به کار گرفته شده اند. مشاهده ی سطوح انرژی پتانسیل ایزومرهای ساختاری مختلف از هیدرازینیدوبوران (LiHB) مونومری و نیز دایمری پیشنهاد می کند که همه ی واکنش های دهیدروژناسیون ذاتا گرماگیر هستند. تولید هیدروژن از لیتیوم هیدرازینیدوبوران ایده ای را در رابطه با تاثیر مولکول های مجاور روی فرایند دهیدروژناسیون که در حالت جامد رخ می دهد، به وجود می آورد. یون لیتیوم نقش اصلی را در انتقال هیدرید در دهیدروژناسیون اشکال مونومری و دایمری هیدرازینیدوبوران ایفا می کند. به طور خلاصه انتظار می رود محاسبات تئوری ما پرده از مکانیزم تجزیه ی فلزات قلیایی که جانشین ترکیبات نوع هیدرازین بوران می شوند، بردارد.
مقدمه
به علت حضور همزمان اتم های هیدروژن پروتونه و هیدرید در یک مولکول، ترکیبات دارای نهادهای B و N توجه زیادی را برای ذخیره ی هیدروژن شیمیایی به خود معطوف کرده اند. ساده ترین آمین بوران (HSM) 19.6 wt% از ذخیره ی هیدروژن را ایجاد می کند و ثابت شده که یکی از مواد ذخیره ای هیدروژن شیمیایی مبتنی بر حالت جامد با ظرفیت بالا (HSM) می باشد. در میان رویکردهای گوناگون اتخاذ شده، اصلاح محیط شیمیایی AB به کمک جایگزینی یکی از Hهای آن با فلزات الکتروپوزیتیو قوی (Li، Na، K) جهت ارتقای ویژگی های دهیدروژناسیون AB مورد مطالعه قرار گرفته است.
نتیجه
در این کار ما به صورت سیستماتیک سطوح انرژی پتانسیل مربوط به تجزیه ی لیتیوم هیدرازینیدوبوران را مورد بررسی و تحلیل قرار دادیم. سه ایزومر LiB از نظر انرژی نزدیک به هم هستند و همه ی آن ها تحت فرایند دهیدروژناسیون قرار می گیرند که بعدا با کمک دیدگاه ترمودینامیکی تشخیص داده می شود. در میان همه ی مسیرهای تجزیه ای از LiHB مونومری، کانال رهایش NH3 که از ایزومر R1 منشا می گیرد، در طبیعت گرمازا یافت دشه است. مقایسه ی حذف هیدروژن از همه ی این سه ایزومر LiHB نشان می دهد که بیشتر مراحل دهیدروژناسیون به علت وجود سدهای انرژی بالایشان از نظر انرژی نامطلوب هستند. در مورد کانال های دهیدروژناسیون مونومری، ایجاد هیدروژن تنها از کانال تجزیه ی با انژی پایینتر یافت می شود که از ایزومر R2 منشا می گیرد (مسیر 1).
Abstract
Using the first-principles density functional theory approach, a detailed gas phase dehydrogenation analysis has been carried out for the monomeric as well as the dimeric units of lithium hydrazinidoborane (LiN2H3BH3). Atoms in molecules formalism (AIM) has been employed in order to get bonding features along the desired reaction pathways. The exploration of potential energy surfaces from different structural isomers of both monomeric and dimeric hydrazinidoborane (LiHB) suggests that all the dehydrogenation reactions are endothermic in nature. Hydrogen generation from the dimeric lithium hydrazinidoborane provides an idea about the effect of neighbouring molecules on the dehydrogenation process occurring in the solid state. The lithium ion plays the central role in transferring the hydride in the dehydrogenation of both the monomeric and dimeric form of hydrazinidoborane. In summary our theoretical calculations are expected to shed light on the decomposition mechanism of alkali metal substituted hydrazine-borane type of compounds.
Introduction
Due to the coexistence of protic and hydridic hydrogen atoms in the same molecule, compounds having B and N entities have drawn much attention towards chemical hydrogen storage. The simplest amine-borane i.e. NH3BH3 (AB) provides 19.6 wt% of hydrogen storage and is proved to be one of the high-capacity solid-state based chemical hydrogen storage materials (HSM) [1,2]. Among the various approaches undertaken, modification of the chemical environment of AB through the replacement of one of its H by strongly electropositive metals (Li, Na, K) has been studied widely in order to get improved dehydrogenation properties of AB [3e17].
Conclusion
In this work, we have systematically explored and analysed the potential energy surfaces for the decomposition of monomeric and dimeric lithium hydrazinidoborane. The three isomers of LiHB are found to be energetically close to each other and all of them undergo dehydrogenation processes which are subsequently characterized from a thermodynamic point of view. Among all the decomposition pathways from monomeric LiHB, NH3 release channel, originating from R1 isomer, is found to be highly exothermic in nature. Comparison of the hydrogen elimination from all of these three isomers of LiHB shows that most of the dehydrogenation steps are energetically unfavourable due to the high energy barriers associated with them. In case of monomeric dehydrogenation channels, hydrogen generation is only found to be possible from the lower energy decomposition channel originated from R2 isomer (pathway 1).
چکیده
مقدمه
جزییات محاسباتی
نتایج و بحث
تشکیل LiN2H3BH3 و ایزومریزاسیون آن
تجزیه ایزومر R1
تجزیه R2
تجزیه ایزومر R3
مسیرهای رهایش H2 از دایمر 2(LiN2H3BH3)
مسیر رهایش H2 از دایمر d1
مسیر رهایش H2 از دایمر d2
نتیجه
Abstract
Introduction
Computational details
Results and discussion
Formation of LiN2H3BH3 and its isomerization
Decomposition of R1 isomer
Decomposition of R2
Decomposition of R3 isomer
Pathways for H2 release from dimer (LiN2H3BH3)2
H2 release pathway from dimer d1
H2 release pathway from dimer d2
Conclusion
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه