Quantum-chemical simulation of molecular hydrogen abstraction from the ZnMg(BH4)4 ⋅ 4NH3 bicationic complex

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Within the framework of the cluster approach using the 6-31G* basis set and the hybrid density functional (B3LYP), was modeled successive abstraction of H2 from the [ZnMg(BH4)4 4NH3] and [Zn2Mg2(BH4)8⋅8NH3] complexes. It was found that to start the dehydrogenation process, it is necessary to overcome the energy barrier of ~1.25 eV, then the process proceeds with the release of energy until about 70% of the available H2 is extracted, for a higher degree of conversion additional energy costs will be required. The cleavage of H2 molecules occurs through a number of intermediate structures of varying complexity with the significant participation of metal cations and the formation of fragments of chains based on B-N bonds containing fragments of N-H and B-H, which can be detected by IR spectroscopy, when dehydrogenation is stopped.

About the authors

A. S. Zyubin

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

T. S. Zyubina

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

O. V. Kravchenko

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry; Center of Hydrogen Energy (Sistema PJSFC)

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia; Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

M. V. Solovev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

V. P. Vasiliev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry; Center of Hydrogen Energy (Sistema PJSFC)

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia; Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

A. A. Zaitsev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

A. V. Shikhovtsev

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry; Center of Hydrogen Energy (Sistema PJSFC)

Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia; Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

Y. A. Dobrovol'sky

Federal Research Center for Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry; Center of Hydrogen Energy (Sistema PJSFC)

Author for correspondence.
Email: aszyubin@bk.ru
Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia; Chernogolovka, Moscow region, 142432 Russia

References

  1. Ritter A., Ebner A.D., Wang J., Zidan R. // Mater. Today. 2003. V. 6. P. 18.
  2. Schlapbach L., Zuttel A. // Nature. 2001. V. 414. P. 353.
  3. Züttel A. // Mater. Today. 2003. V. 6. P. 24.
  4. Orimo S.-I., Nakamori Y., Eliseo J.R. et al. // Chem. Rev. 2007. V. 107. P. 4111.
  5. Ouyang L., Chen K., Jiang J. et al. // J. Alloys Compd. 2020. V. 829. P. 154597.
  6. Sakintuna B., Lamari-Darkrim F., Hirscher M. // Int. J. Hydrogen Energy. 2007. V. 32. P. 1121.
  7. Diwan M., Diakov V., Shafirovich E., Varma A. // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. V. 33. P. 1135.
  8. Guo Y., Yu X., Sun W. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 1087.
  9. Richter B., Ravnsbæk D.B., Tumanov N. et al. // Dalton Trans. 2015. V. 44. P. 3988.
  10. Paskevicius M., Jepsen L.H., Schouwink P. et al. // Chem. Soc. Rev. 2017. V. 46. P. 1565.
  11. Wu R., Ren Z., Zhang X. et al. // J. Phys. Chem. Lett. 2019. V. 10. P. 1872.
  12. Kravchenko O.V., Kravchenko S.E., Semenenko K.N. // J. Gen. Chem. USSR. 1990. V. 60. P. 2641.
  13. Johnson S.R., David W.I.F., Royse D.M. et al. // Chem. Asian J. 2009. V. 4. P. 849.
  14. Zhao S., Xu B., Sun N. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2015. V. 40. P. 8721.
  15. Zavorotynska O., El-Kharbachi A., Deledda S. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. V. 41. P. 14387. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.02.015
  16. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2016. V. 61. P. 731. https://doi.org/10.1134/S0036023616060231
  17. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. P. 201. https://doi.org/10.1134/S0036023618020237
  18. Solovev M.V., Chashchikhin O.V., Dorovatovskii P.V. et al. // J. Power Sources. 2018. V. 377. P. 93. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.11.090
  19. Guo Y., Xia G., Zhu Y. et al. // Chem. Commun. 2010. V. 46. P. 2599. https://doi.org/10.1039/B924057H
  20. Chu H., Wu G., Xiong Z. et al. // Chem. Mater. 2010. V. 22. P. 6021. https://doi.org/10.1021/cm1023234.
  21. Guo Y., Yu X., Sun W. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2011. V. 50. P. 1087. https://doi.org/10.1002/anie.201006188.
  22. Vasiliev V.P., Kravchenko O.V., Soloviev M.V. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2022. V. 47. P. 35320. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.100.
  23. Zhu Y., Shen S., Yang X-S. et al. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2023. V. 11. P. 8931. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.3c01073.
  24. Solovev M.V., Vasiliev V.P., Shilov G.V. et al. // Russ. Chem. Bull. 2024. V. 73. P. 906. https://doi.org/10.1007/s11172-024-4204-z.
  25. Yang Y., Liu Y., Zhang Y. et al. // J. Alloys Compd. 2014. V. 585. P. 674. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.09.208
  26. Soloveichik G., Her J.-H., Stephens P.W. et al. // Inorg. Chem. 2008. V. 47. P. 4290. https://doi.org/10.1021/ic7023633
  27. Guo Y., Wu H., Zhou W., Yu X. // J. Amer. Chem. Soc. 2011. V. 133. P. 4690. http://dx.doi.org/10.1021/ja1105893
  28. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // Chem. Asian J. 2013. V. 8. P. 476. https://doi.org/10.1002/asia.201200970
  29. Yang Y., Liu Y., Li Y. et al. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 16326. http://dx.doi.org/10.1021/jp404424m
  30. Jepsen L.H., Ley M.B. et al. // Chem-Sus Chem. 2015. V. 8. P. 1452. https://doi.org/10.1002/cssc.201500029
  31. Yan Y., Dononelli W., Jorgensen M. et al. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. P. 9204. https://doi.org/10.1039/d0cp00158a
  32. Chen X., Yu X. // J. Phys. Chem. C. 2012. V. 116. P. 11900. http://dx.doi.org/10.1021/jp301986k
  33. Yuan P.-F., Wang F., Sun Q. et al. // Int. J. Hydrogen Energy. 2013. V. 38. P. 2836. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.075
  34. Wang K., Zhang J.-G., Lang X.-Q. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 7015. https://doi.org/10.1039/C5CP06808H
  35. Chen X., Li R., Xia G. et al. // RSC Adv. 2017. V. 7. P. 31027. https://doi.org/10.1039/c7ra05322c
  36. Chen X., Zou W., Li R. et al. // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. P. 4241. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b00455
  37. Vasiliev V.P., Solovev M.V., Kravchenko O.V. et al. // J. Alloys Compd. 2024. V. 1008. P. 176732. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176738.
  38. Nickels E.A., Jones M.O., David W.I.F. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2008. V. 47. P. 2817. https://doi.org/10.1002/anie.200704949.
  39. Ravnsbæk D., Filinchuk Y., Cerenius Y. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2009. V. 48. P. 6659. https://doi.org/10.1002/anie.200903030.
  40. Lindemann I., Ferrer R.D., Dunsch L. et al. // Chem. Eur. J. 2010. V. 16. P. 8707. https://doi.org/10.1002/chem.201000831.
  41. Černy R., Kim K.C., Penin N. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 19127. https://doi.org/10.1021/jp105957r.
  42. Fang Z.Z., Kang X.D., Wang P. et al. // J. Alloys Compd. 2010. V. 491. P. L1. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.10.149.
  43. Fang Z.Z., Kang X.D., Luo J.H. et al. // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 22736. https://doi.org/10.1021/jp109260g.
  44. Aidhy D.S., Wolverton C. // Phys. Rev. B. 2011. V. 83. P. 144111. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.144111.
  45. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2024. V. 69. P. 867. https://doi.org/10.1134/S0036023624600874
  46. Zyubin A.S., Zyubina T.S., Kravchenko O.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1591.
  47. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913
  48. Johnson B.J., Gill P.M.W., Pople J.A. // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 5612. https://doi.org/10.1063/1.464906
  49. Gaussian 09, Revision B.01. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2010. https://doi.org/10.1063/1.464906

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».