| Περίληψη |
Ο διαχωρισμός, η δέσμευση και η αποθήκευση του διοξειδίου του άνθρακα
από τα βιομηχανικά απόβλητα αποτελεί ένα περιβαλλοντολογικό και οικονομικό
πρόβλημα υψίστης σημασίας. Ζεόλιθοι και ενεργοποιημένοι άνθρακες έχουν βρει εφαρμογές στην βιομηχανία ως μεμβράνες συγκράτησης του CO2. Μια νέα οικογένεια υλικών, τα μέταλλο-οργανικά πλέγματα (MOF), έχουν προταθεί ως ικανοί αντικαταστάτες των παραπάνω υλικών. Συγκεκριμένα, υλικά βασισμένα σε σύμπλοκα του Zn με ιμιδαζολικού τύπου οργανικά μόρια, που σχηματίζουν δομές παρόμοιες με αυτές των ζεολίθων (ZIF), έχουν την δυνατότητα να διαχωρίζουν το CO2από το CO και το CH4.
Ασθενείς αλληλεπιδράσεις που εμφανίζονται μεταξύ του CO2 και
ετεροκυκλικών αρωματικών ενώσεων εξετάστηκαν μέσω υψηλής ακρίβειας ab initio μεθόδων. Το CO2έχει μηδενική διπολική ροπή, αλλά η υψηλή του τετραπολική ροπή του επιτρέπει να λειτουργεί ως ασθενές οξύ ή ασθενής βάση, αναλόγως το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται. Αζωτούχες ετεροερωματικές ενώσεις δρουν ως
ηλεκτρονιοδότες, ενώ το CO2 δρα ως ηλεκτρονιοδέκτης. Οι ηλεκτροστατικές αυτές αλληλεπιδράσεις επάγουν μη μόνιμη διπολική ροπή στο CO2και το διμερές σταθεροποιείται περαιτέρω από δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των οξυγόνων του CO2 και των παράπλευρων υδρογόνων του αρωματικού μορίου. Επιπροσθέτως, δυνάμεις διασποράς από την συσχετιζόμενη ηλεκτρονιακή κίνηση συνεισφέρουν στην ενέργεια
αλληλεπίδρασης.
Υπολογίζοντας το όριο της ΜΡ2 μέσω αναλυτικά συσχετιζόμενων μεθόδων
(ΜΡ2-F12/aug-cc-pVTZ) και προσθέτοντας τις συνεισφορές των τριπλών διεγέρσεων στην ενέργεια, υπολογισμένες με μικρότερο σετ βάσεων (6-311++G**), φτάνουμε σε
προσεγγιστικά CCSD(T)/CBS αποτελέσματα. Extrapolation schemes εξετάστηκαν ώστε να υπολογίσουμε το complete basis set της ΜΡ2 και να το συγκρίνουμε με τα αποτελέσματά μας από την CCSD(T)/CBS. Στη συνέχεια, τα συστήματά μας εξετάστηκαν μέσω DFT μεθόδων που υπολογίζουν ξεχωριστά την ενέργεια διασποράς (DFT-D) και ΜΡ2 μεθόδων που κάνουν scaling το spin correlation ανά
ζεύγη. Η φύση της αλληλεπίδρασης εξετάστηκε μεταβάλλοντας την αρωματικότητα των ετεροκυκλικών μορίων. Τα αποτελέσματά μας εξηγήθηκαν μέσω των χαρτών
ηλεκτροστατικού δυναμικού και των αναδιανομών της ηλεκτρονιακής πυκνότητας.
Πέραν των αζωτούχων ετεροαρωματικών μορίων, μελετήσαμε την αλληλεπίδραση μεταξύ του CO2 και του βενζολίου, του bdc, της διβορονικής
πυραζίνης, του κορωνένιου και άλλων αρωματικών συστημάτων (SiC και ΒΝ
δακτύλιοι), με σκοπό να υπολογίσουμε την ενέργεια δέσμευσης του CO2 σε
νανοσωλήνες άνθρακα, πυριτίου-άνθρακα και βορίου-αζώτου.
|
Θεωρητική μελέτη αλληλεπίδρασης διοξειδίου του άνθρακα με νανοδομημένα υλικά
