Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 35, номер 08, статья № 1

Пономарев Ю. Н., Черепанов В. Н., Насибуллин Р. Т., Симонова А. А. Оценка типа ориентации молекул H₂O в адсорбированном слое на поверхности нанопор аэрогеля SiO₂. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 08. С. 603–607. DOI: 10.15372/AOO20220801. PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Исследуется возможность определения ориентации молекул Н₂О, адсорбированных на поверхности нанопор аэрогеля SiO_2.Выполнен квантово-химический расчет энергии взаимодействия свободной молекулы Н₂О с молекулами Н₂О, адсорбированными на поверхности нанопоры при их хаотической и упорядоченной ориентации. Проведен анализ экспериментальных данных по уширению колебательно-вращательных линий поглощения Н₂О в нанопорах аэрогеля. Показано, что экспериментальные данные соответствуют модели упорядоченно ориентированных молекул Н₂О на поверхности нанопор.

Ключевые слова:

Н2О, аэрогель, нанопоры, межмолекулярное взаимодействие

Список литературы:

1. Ponomarev Y.N., Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A. IR spectroscopy of water vapor confined in nanoporous silica aerogel // Opt. Express. 2010. V. 18, N 25. P. 26062–26067.
2. Solodov A.A., Petrova T.M., Ponomarev Y.N., Solodov A.M. Influence of nanoconfinement on the rotationnal dependence of line half-widths for 2–0 band of carbon oxide // Chem. Phys. Lett. 2015. V. 637. P. 18–21.
3. Vander Auwera J., Ngo N.H., Hamzaoui H.E., Capoen B., Bouazaoui M., Ausset P., Boulet C., Hartmann J.M. Infrared absorption by molecular gases as a probe of nanoporous silica xerogel and molecule-surface collisions: Low-pressure results // Phys. Rev. A. 2013. V. 88. P. 042506.
4. Hartmann J.M., Boulet C., Vander Auwera J., Hamaoui H.El, Capoen B., Bouazaoui M. Line broadening of confined CO gas: From moleculewall to molecule-molecule collisions with pressure // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. P. 643902.
5. Svensson T., Lewander M., Svanberg S. Laser absorption spectroscopy of water vapor confined in nanoporous alumina: wall collision line broadening and gas diffusion dynamics // Opt. Express. 2010. V. 18, N 16. P. 16460–16473.
6. Nasibullin R.T., Ponomarev Y.N., Cherepanov V.N. Interaction potential of H₂O molecules and water layer adsorbed on surface of aerogel nanopores // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 1083304.
7. Fois E., Gamba A., Tabacchi G. Influence of silanols condensation on surface properties of micelle-templated silicas: A modeling study // Microporous Mesoporous Mater. 2008. V. 116. P. 718–722.
8. Tamura T., Ishibashi S., Tanaka S., Kohyama M., Lee M.-H. First-principles analysis of the optical properties of structural disorder in SiO₂ glass // Phys. Rev. B. 2008. V. 77, N 8. P. 085207.
9. Musso F., Sodupe M., Corno M., Ugliengo P. H-bond features of fully hydroxylated surfaces of crystalline silica polymorphs: A periodic B3LYP study // J. Phys. Chem. C. 2009. V. 113, N 41. P. 17876–17884.
10. Poelz G. Aerogel Cherenkov counters at DESY // Nucl. Instruments Methods. 1986. V. 248, N 118. P. 84–110.
11. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Petersson G.A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A., Bloino J., Janesko B.G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H.P., Ortiz J.V., Izmaylov A.F., Sonnenberg J.L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F, Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V.G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J.A., Peralta J.E.Jr., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T.N., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Millam J.M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J.B., Fox D.J. Gaussian 09, Revision A.02. Wallingford CT, 2016.
12. Цирельсон В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела: учеб. пособие для вузов. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. 496 с.
13. Zhang Q., Chenyang L., Ma Y., Fish F., Szczȩśniak M.M., Buch V. Intermolecular potential of H₂O … H₂ in the van der Waals region. An ab initio study // J. Chem. Phys. 1992. V. 96. P. 6039–6047.
14. Kaplan I.G. Intermolecular Interactions: Physical Picture, Computational methods and Model Potentials. Mexico: John Wiley&Sons, Ltd, 2006. 367 p.
15. Petrova T.M., Ponomarev Y.N., Solodov A.A., Solodov A.M., Daniljuk A.F. Spectroscopic nanoporometry of aerogel // JETP Lett. 2015. V. 101. P. 65–67.
16. Ptashnik I.V., Smith K.M. Water vapour line intensities and self-broadening coefficients in the 5000–5600 cm^-¹ spectral region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 10. P. 1317–1327.
17. Лаврентьева Н.Н., Дударенок А.С. Уширение линий водяного пара давлением водорода, температурная зависимость // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29, № 10. С. 828–832.
18. Ptashnik I.V, Smith K.M., Shine K.P., Newnham D.A. Laboratory measurements of water vapour continuum absorption in spectral region 5000–5600 cm^-¹: Evidence for water dimers // Quant. J. Roy. Meteorol. Soc. 2004. V. 130. P. 2391–2408.
19. Paynter D.J., Ptashnik I.V., Shine K.P., Smith K.M., McPheat R., Williams R.G. Laboratory measurements of the water vapor continuum in the 1200–8000 cm^-¹ region between 293 K and 351 K // J. Geophys. Res.: Atmos. 2009. V. 114. P. D21301.
20. Ptashnik I.V., Petrova T.M., Ponomarev Y.N., Shine K.P., Solodov A.A., Solodov A.M. Near-infrared water vapour self-continuum at close to room temperature // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2013. V. 120. P. 23–35.