Theoretical description of hydride-hydride interactions in selected hydrogen storage materials

master
dc.abstract.enIn recent years there has been growing interest in the use of metal hydrides as hydrogen rich sources. The high content of hydride-hydride contacts Hδ− · · · δ−H in these materials appears to be relevant for hydrogen formation. At present time there is no consensus whether these contacts are attractive or repulsive. Accordingly, the main goal of the thesis is to shed light on physical factors which constitute controversial homopolar hydride-hydride interactions Hδ− · · · δ−H in the experimentally known transition metal complexes i.e. HCoL4, L = CO, PPh3, PH3. In order to achieve this goal, the charge and energy decomposition ETSNOCV approach along with Interacting Quantum Atoms (IQA) analysis have been applied for the adducts L4CoH · · · HCoL4. Based on DFT methods it has been shown that, contrary to classical interpretations, hydride-hydride interactions might be attractive and even stronger than classical hydrogen bonds. The stability of the adducts is increased by phosphine ligand installation. It has been revealed that depending on monomer structures Hδ− · · · δ−H bonds are dominated by charge delocalization or London dispersion forces and the contribution of the electrostatic term is also relevant. The side carbonyl ligands additionally stabilize the HH-bonded structures through covalent and Coulombic contributors. Furthermore, sterically crowded systems containing bulky phosphine ligands are supported by non-covalent bonds such as π · · · π stacking, C − H · · · π and C − H · · · H − Co contacts. It was also demonstrated that HH interactions may initiate the dehydrogenation process. Alternative scenarios of hydrogen release have been proposed for HCo(CO)4.pl
dc.abstract.plW ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie wodorkami metali przejściowych jako potencjalnym źródłem wodoru cząsteczkowego. Układy te posiadają w swojej strukturze blisko leżące ujemnie naładowane atomy wodoru, tzw. oddziaływania wodorkowe-wodorkowe Hδ− · · · δ−H. W literaturze brak jest konsensusu czy takowe oddziaływania są przyciągające czy odpychające. Z tego powodu, głównym celem pracy jest zrozumie fizycznej natury kontrowersyjnych, homopolarnych oddziaływań dwuwodorkowych w znanych eksperymentalnie kompleksach metali przejściowych typu HCoL4, L = CO, PPh3, PH3. Badania przeprowadzono z użyciem metod podziału energii ETS-NOCV oraz IQA. W oparciu o obliczenia bazujące na Teorii Funkcjonałów Gęstości wykazano, iż wbrew klasycznej interpretacji, oddziaływania Hδ− · · · δ−H mogą być stabilizujące. Co więcej, energia wiązania dwuwodorkowego CoH · · · HCo jest niższa niż w przypadku klasycznego wiązania wodorowego CoH · · · O. Wykazano, iż obecność ligandów fosfinowych wzmacnia stabilność agregatów L4CoH · · · HCoL4. W zależności od struktury monomeru, natura wiązań Hδ− · · · δ−H zdominowana jest przez transfer ładunku (σ(Co − H) → σ ∗ (Co − H)) lub efekty dyspersyjne, przy czym istotny jest również czynnik kulombowski. Zaobserwowano także dodatkową stabilizację na poziomie elektrostatycznym oraz poprzez transfer ładunku pochodzącą od ligandów karbonylowych. W przypadku sterycznie stłoczonych układów zawierających ligand PPh3 wiązanie Hδ− · · · δ−H jest zdominowane przez wkład dyspersyjny z powodu istnienia dodatkowych oddziaływań typu π · · · π, C−H · · · π oraz C−H · · · H−Co. Dodatkowo w niniejszej pracy wykazano, że wiązania Hδ− · · · δ−H mogą inicjować reakcję odwodornienia cząsteczki HCo(CO)4. Zaproponowano również alternatywne ścieżki odwodornienia tego układu.pl
dc.affiliationWydział Chemiipl
dc.contributor.advisorMitoraj, Mariusz - 160142 pl
dc.contributor.authorPtaszek, Aleksandrapl
dc.contributor.departmentbycodeUJK/WC3pl
dc.contributor.reviewerMitoraj, Mariusz - 160142 pl
dc.contributor.reviewerKozyra, Paweł - 129390 pl
dc.date.accessioned2021-06-24T21:34:25Z
dc.date.available2021-06-24T21:34:25Z
dc.date.submitted2021-06-24pl
dc.fieldofstudychemia w ramach Studiów Matematyczno-Przyrodniczychpl
dc.identifier.apddiploma-146500-214317pl
dc.identifier.projectAPD / Opl
dc.identifier.urihttps://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/274791
dc.languageengpl
dc.subject.entransition metal hydrides, dihydrogen interactions, non-covalent interactions,dehydrogenation, DFT, ETS-NOCV, IQApl
dc.subject.plwodorki metali przejściowych, oddziaływania dwuwodorowe, oddziaływania niekowalencyjne, odwodornienie, DFT, ETS-NOCV, IQApl
dc.titleTheoretical description of hydride-hydride interactions in selected hydrogen storage materialspl
dc.title.alternativeTeoretyczny opis oddziaływań wodorkowo-wodorkowych w wybranych układach o potencjalnym znaczeniu dla magazynowania wodorupl
dc.typemasterpl
dspace.entity.typePublication
dc.abstract.enpl
In recent years there has been growing interest in the use of metal hydrides as hydrogen rich sources. The high content of hydride-hydride contacts Hδ− · · · δ−H in these materials appears to be relevant for hydrogen formation. At present time there is no consensus whether these contacts are attractive or repulsive. Accordingly, the main goal of the thesis is to shed light on physical factors which constitute controversial homopolar hydride-hydride interactions Hδ− · · · δ−H in the experimentally known transition metal complexes i.e. HCoL4, L = CO, PPh3, PH3. In order to achieve this goal, the charge and energy decomposition ETSNOCV approach along with Interacting Quantum Atoms (IQA) analysis have been applied for the adducts L4CoH · · · HCoL4. Based on DFT methods it has been shown that, contrary to classical interpretations, hydride-hydride interactions might be attractive and even stronger than classical hydrogen bonds. The stability of the adducts is increased by phosphine ligand installation. It has been revealed that depending on monomer structures Hδ− · · · δ−H bonds are dominated by charge delocalization or London dispersion forces and the contribution of the electrostatic term is also relevant. The side carbonyl ligands additionally stabilize the HH-bonded structures through covalent and Coulombic contributors. Furthermore, sterically crowded systems containing bulky phosphine ligands are supported by non-covalent bonds such as π · · · π stacking, C − H · · · π and C − H · · · H − Co contacts. It was also demonstrated that HH interactions may initiate the dehydrogenation process. Alternative scenarios of hydrogen release have been proposed for HCo(CO)4.
dc.abstract.plpl
W ostatnich latach obserwuje się rosnące zainteresowanie wodorkami metali przejściowych jako potencjalnym źródłem wodoru cząsteczkowego. Układy te posiadają w swojej strukturze blisko leżące ujemnie naładowane atomy wodoru, tzw. oddziaływania wodorkowe-wodorkowe Hδ− · · · δ−H. W literaturze brak jest konsensusu czy takowe oddziaływania są przyciągające czy odpychające. Z tego powodu, głównym celem pracy jest zrozumie fizycznej natury kontrowersyjnych, homopolarnych oddziaływań dwuwodorkowych w znanych eksperymentalnie kompleksach metali przejściowych typu HCoL4, L = CO, PPh3, PH3. Badania przeprowadzono z użyciem metod podziału energii ETS-NOCV oraz IQA. W oparciu o obliczenia bazujące na Teorii Funkcjonałów Gęstości wykazano, iż wbrew klasycznej interpretacji, oddziaływania Hδ− · · · δ−H mogą być stabilizujące. Co więcej, energia wiązania dwuwodorkowego CoH · · · HCo jest niższa niż w przypadku klasycznego wiązania wodorowego CoH · · · O. Wykazano, iż obecność ligandów fosfinowych wzmacnia stabilność agregatów L4CoH · · · HCoL4. W zależności od struktury monomeru, natura wiązań Hδ− · · · δ−H zdominowana jest przez transfer ładunku (σ(Co − H) → σ ∗ (Co − H)) lub efekty dyspersyjne, przy czym istotny jest również czynnik kulombowski. Zaobserwowano także dodatkową stabilizację na poziomie elektrostatycznym oraz poprzez transfer ładunku pochodzącą od ligandów karbonylowych. W przypadku sterycznie stłoczonych układów zawierających ligand PPh3 wiązanie Hδ− · · · δ−H jest zdominowane przez wkład dyspersyjny z powodu istnienia dodatkowych oddziaływań typu π · · · π, C−H · · · π oraz C−H · · · H−Co. Dodatkowo w niniejszej pracy wykazano, że wiązania Hδ− · · · δ−H mogą inicjować reakcję odwodornienia cząsteczki HCo(CO)4. Zaproponowano również alternatywne ścieżki odwodornienia tego układu.
dc.affiliationpl
Wydział Chemii
dc.contributor.advisorpl
Mitoraj, Mariusz - 160142
dc.contributor.authorpl
Ptaszek, Aleksandra
dc.contributor.departmentbycodepl
UJK/WC3
dc.contributor.reviewerpl
Mitoraj, Mariusz - 160142
dc.contributor.reviewerpl
Kozyra, Paweł - 129390
dc.date.accessioned
2021-06-24T21:34:25Z
dc.date.available
2021-06-24T21:34:25Z
dc.date.submittedpl
2021-06-24
dc.fieldofstudypl
chemia w ramach Studiów Matematyczno-Przyrodniczych
dc.identifier.apdpl
diploma-146500-214317
dc.identifier.projectpl
APD / O
dc.identifier.uri
https://ruj.uj.edu.pl/xmlui/handle/item/274791
dc.languagepl
eng
dc.subject.enpl
transition metal hydrides, dihydrogen interactions, non-covalent interactions,dehydrogenation, DFT, ETS-NOCV, IQA
dc.subject.plpl
wodorki metali przejściowych, oddziaływania dwuwodorowe, oddziaływania niekowalencyjne, odwodornienie, DFT, ETS-NOCV, IQA
dc.titlepl
Theoretical description of hydride-hydride interactions in selected hydrogen storage materials
dc.title.alternativepl
Teoretyczny opis oddziaływań wodorkowo-wodorkowych w wybranych układach o potencjalnym znaczeniu dla magazynowania wodoru
dc.typepl
master
dspace.entity.type
Publication
Affiliations

* The migration of download and view statistics prior to the date of April 8, 2024 is in progress.

Views
50
Views per month
Views per city
Vienna
8
Krakow
6
Koniecpol
3
Wroclaw
3
Częstochowa
2
Warsaw
2
Berkeley
1
Brest
1
Brussels
1
Chandler
1

No access

No Thumbnail Available