Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2
By the method of density functional theory with exchange-correlation functional B3LYP and basis set 3?21G (d), the structural and energy characteristics have been considered of the molecular models of SnO2 nanoclusters of different size and composition with the number of Sn atoms from 1 to 10. Incom...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/598 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543930590429184 |
|---|---|
| author | Filonenko, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. |
| author_facet | Filonenko, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. |
| author_sort | Filonenko, O. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:01:33Z |
| description | By the method of density functional theory with exchange-correlation functional B3LYP and basis set 3?21G (d), the structural and energy characteristics have been considered of the molecular models of SnO2 nanoclusters of different size and composition with the number of Sn atoms from 1 to 10. Incompletely coordinated surface tin atoms were terminated by hydroxyl groups. It has been shown that the Sn–O bond length in nanoclusters does not depend on the cluster size and on the coordination number of Sn atoms, but is determined by the coordination type of neighboring oxygen atoms. Namely, the bond length Sn–O(3) (@ 2.10 ?) is greater than that of Sn–O (2) (@ 1.98 ?). The calculated values of Sn–O (3) bond lengths agree well with the experimental ones for crystalline SnO 2 samples (2.05 ?). The theoretically calculated width of the energy gap decreases naturally with increasing cluster size (from 6.14 to 3.46 eV) and approaches the experimental value of the band gap of the SnO 2 crystal (3.6 eV). The principle of additivity was used to analyze the energy characteristics of the considered models and to estimate the corresponding values for a cassiterite crystal. According to this principle, a molecular model can be represented as a set of atoms or atomic groups of several types that differ in the coordination environment and, therefore, make different contributions to the total energy of the system. The calculated value of the atomization energy for SnO2 is 1661 kJ/mol and corresponds satisfactorily to the experimentally measured specific atomization energy of crystalline SnO2 (1381 kJ/mol). It has been shown that a satisfactory reproduction of the experimental characteristics of crystalline tin dioxide is possible when using clusters containing at least 10 state atoms, for example, (SnO2)10?14H2O. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:24Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-598 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:20Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-5982022-06-29T10:01:33Z Quantum chemical modeling of the structure and properties of SnO2 nanoclusters Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 Filonenko, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. SnO2 crystal structure solid state thermochemistry density functional theory cluster model кристалічна структура SnO2 термохімія твердого тіла теорія функціоналу густини кластерна модель By the method of density functional theory with exchange-correlation functional B3LYP and basis set 3?21G (d), the structural and energy characteristics have been considered of the molecular models of SnO2 nanoclusters of different size and composition with the number of Sn atoms from 1 to 10. Incompletely coordinated surface tin atoms were terminated by hydroxyl groups. It has been shown that the Sn–O bond length in nanoclusters does not depend on the cluster size and on the coordination number of Sn atoms, but is determined by the coordination type of neighboring oxygen atoms. Namely, the bond length Sn–O(3) (@ 2.10 ?) is greater than that of Sn–O (2) (@ 1.98 ?). The calculated values of Sn–O (3) bond lengths agree well with the experimental ones for crystalline SnO 2 samples (2.05 ?). The theoretically calculated width of the energy gap decreases naturally with increasing cluster size (from 6.14 to 3.46 eV) and approaches the experimental value of the band gap of the SnO 2 crystal (3.6 eV). The principle of additivity was used to analyze the energy characteristics of the considered models and to estimate the corresponding values for a cassiterite crystal. According to this principle, a molecular model can be represented as a set of atoms or atomic groups of several types that differ in the coordination environment and, therefore, make different contributions to the total energy of the system. The calculated value of the atomization energy for SnO2 is 1661 kJ/mol and corresponds satisfactorily to the experimentally measured specific atomization energy of crystalline SnO2 (1381 kJ/mol). It has been shown that a satisfactory reproduction of the experimental characteristics of crystalline tin dioxide is possible when using clusters containing at least 10 state atoms, for example, (SnO2)10?14H2O. Методом теорії функціоналу густини з обмінно-кореляційним функціоналом B3LYP і базисним набором 3-21G(d) розглянуто структурні та енергетичні характеристики молекулярних моделей нанокластерів SnO2 різного розміру та складу з кількістю атомів Sn від 1 до 10. Поверхневі неповнокоординовані атоми Стануму замикались гідроксильними групами. Показано, що довжина зв’язку Sn–O в нанокластерах не залежить від їхнього розміру та координаційного числа атомів Sn, а визначається координаційним типом сусідніх атомів Оксигену. А саме, довжина зв’язку Sn–O(3) (@ 2.10 ?) > довжини зв’язку Sn–O(2) (@ 1.98 ?). Одержані довжини зв’язку Sn–O(3) добре узгоджуються із експериментальними значеннями для кристалічних зразків SnO2 (2.05 ?). Теоретично розрахована ширина енергетичної щілини із збільшенням розміру кластера закономірно зменшується (від 6.14 до 3.46 еВ) і наближається до експериментального значення ширини забороненої зони кристала SnO2 (3.6 еВ). Для аналізу енергетичних характеристик розглянутих моделей та оцінки відповідних величин для кристала каситериту використано принцип адитивності. Згідно цього принципу, молекулярна модель може бути представлена як сукупність атомів або атомних угруповань декількох типів, які різняться координаційним оточенням і, отже, дають різні внески в повну енергію системи. Розрахована енергія атомізації для SnO2 складає 1661 кДж/моль і задовільно відповідає експериментально виміряній питомій енергії атомізації кристалічного SnO2 (1381 кДж/моль). Показано, що задовільне відтворення екпериментальних характеристик кристалічного діоксиду олова можливе при використанні кластерів, які містять щонайменше 10 атомів Cтануму, наприклад, (SnO2)10?14H2O. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2021-11-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/598 10.15407/hftp12.04.283 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 12 No. 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 283-290 Химия, физика и технология поверхности; Том 12 № 4 (2021): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 283-290 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 12 № 4 (2021): Хімія, фізика та технологія поверхні; 283-290 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp12.04 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/598/606 Copyright (c) 2021 O. V. Filonenko, A. G. Grebenyuk, V. V. Lobanov |
| spellingShingle | кристалічна структура SnO2 термохімія твердого тіла теорія функціоналу густини кластерна модель Filonenko, O. V. Grebenyuk, A. G. Lobanov, V. V. Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title | Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title_alt | Quantum chemical modeling of the structure and properties of SnO2 nanoclusters |
| title_full | Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title_fullStr | Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title_full_unstemmed | Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title_short | Квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів SnO2 |
| title_sort | квантовохімічне моделювання структури та властивостей нанокластерів sno2 |
| topic | кристалічна структура SnO2 термохімія твердого тіла теорія функціоналу густини кластерна модель |
| topic_facet | SnO2 crystal structure solid state thermochemistry density functional theory cluster model кристалічна структура SnO2 термохімія твердого тіла теорія функціоналу густини кластерна модель |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/598 |
| work_keys_str_mv | AT filonenkoov quantumchemicalmodelingofthestructureandpropertiesofsno2nanoclusters AT grebenyukag quantumchemicalmodelingofthestructureandpropertiesofsno2nanoclusters AT lobanovvv quantumchemicalmodelingofthestructureandpropertiesofsno2nanoclusters AT filonenkoov kvantovohímíčnemodelûvannâstrukturitavlastivostejnanoklasterívsno2 AT grebenyukag kvantovohímíčnemodelûvannâstrukturitavlastivostejnanoklasterívsno2 AT lobanovvv kvantovohímíčnemodelûvannâstrukturitavlastivostejnanoklasterívsno2 |