Расчет стандартных электродных потенциалов электрохимического восстановления ванадиевых соединений: подбор функционала плотности
Аннотация
Впервые проведено систематическое исследование по выявлению оптимального метода функционала плотности для расчета стандартных электродных потенциалов электрохимического восстановления ванадиевых соединений. Для тестирования были выбраны шесть функционалов плотности различного типа: локальные OLYP и M06L, гибридные O3LYP и B3LYP, а также мета-гибридные функционалы TPSSh и M06. В ходе исследования локальные и гибридные функционалы с относительно высоким вкладом хартри-фоковского обменного взаимодействия показали неудовлетворительные результаты. В частности, широко используемый гибридный функционал B3LYP для одной из полуреакций протекающих в ВПРА, а именно для превращения VIII→VII вместо отрицательного значения стандартного потенциала получено положительное. Среди использованных в тестировании функционалов наименьшее отклонение от экспериментальных данных показал мета-гибридный функционал TPSSh с 10%-ным вкладом хартри-фоковского обменного взаимодействия. Предложена оптимальная схема расчета для исследования окислительно-восстановительных реакций ванадиевых соединений.
Литература
2 Noack J, Roznyatovskaya N, Herr T, Fischer P (2015) Angewandte Chemie International Edition 54(34):9776-9809. Crossref
3 Skyllas-Kazacos M, Rychcik M, Robins RG, Fane A, Green M (1986) J Electrochem Soc 133:1057-1058. Crossref
4 Zhao P, Zhang H, Zhou H, Chen J, Gao S, Yi B (2006) J Power Sources 162:1416-1420. Crossref
5 Bard AJ, Parsons B, Jordon J (1985) Standard potentials in aqueous solutions. Dekker, New York, USA.
6 Kazacos M (1989) Electrolyte optimization and electrode material evaluation for the vanadium redox battery. MSc Thesis, University of New South Wales, Australia.
7 Akesson R, Pettersson LGM, Sandstrom M, Wahlgren U (1994) J Am Chem Soc 116:8691-8704. Crossref
8 Benmelouka M, Messaoudi S, Furet E, Gautier R, Le Fur E, Pivan JY (2003) J Phys Chem A 107:4122-4129. Crossref
9 Sepehr F, Paddison SJ (2013) Chem Phys Lett 585:53-58. Crossref
10 Larsen SC (2001) J Phys Chem A 105:8333-8338. Crossref
11 Grant CV, Cope W, Ball JA, Maresch GG, Gaffney BJ, Fink W (1999) J Phys Chem B 103:10627-10631. Crossref
12 Vijayakumar M, Burton SD, Huang C, Li L, Yang Z, Graff GL (2010) J Power Sources 195:7709-7717. Crossref
13 Bühl M, Parrinello M (2001) Chem-Eur J 7:4487-4494. Crossref
14 Krakowiak J, Lundberg D, Persson I (2012) Inorg Chem 51:9598-9609. Crossref
15 Vijayakumar M, Li L, Graff G, Liu J, Zhang H, Yang Z (2011) J Power Sources 196:3669-3672. Crossref
16 Parr RG, Yang W (1989) Density functional theory of atoms and molecules. Oxford University Press, New York, USA.
17 Frisch MJ, Trucks GW, Schlegel HB, Scuseria GE, Robb MA, Cheeseman JR et al. (2009) Gaussian 09 (Gaussian, Inc., Wallingford CT).
18 Handy NC, Cohen AJ (2001) Mol Phys 99:403-412. Crossref
19 Hoe WM, Cohen A, Handy NC (2001) Phys Lett 341:319-328. Crossref
20 Lee C, Yang W, Parr RG (1998) Phys Rev B 37:785-789. Crossref
21 Miehlich B, Savin A, Stoll H, Preuss H (1989) Chem Phys Lett 157:200-206. Crossref
22 Zhao Y, Truhlar DG (2006) J Chem Phys 125:1-18. Crossref
23 Cohen AJ, Handy NC (2001) Mol Phys 99:607-615. Crossref
24 Slater JC (1974) Quantum Theory of Molecules and Solids Vol. 4: The Self‐Consistent Field for Molecules and Solids. McGraw-Hill, New York, USA.
25 Vosko SH, WIlk L, Nusair M (1980) Can J Phys 58:1200-1211. Crossref
26 Becke AD (1998) Phys Rev A 38:3098. Crossref
27 Becke AD (1993) J Chem Phys 98:5648. Crossref
28 Tao JM, Perdew JP, Staroverov VN, Scuseria GE (2003) Phys Rev Lett 91:146401. Crossref
29 Staroverov VN, Scuseria GE, Tao J, Perdew JP (2003) J Chem Phys 119:12129. Crossref
30 Zhao Y, Truhlar DG (2008) Theor Chem 120:215-241. Crossref
31 Weigend F, Ahlrichs R (2005) Phys Chem Chem Phys 7:3297-3305. Crossref
32 Dunning THJr (1989) J Chem Phys 90:1007. Crossref
33 Woon DE, Dunning THJr (1993) J Chem Phys 98:1358. Crossref
34 Balabanov NB, Peterson KA (2005) J Chem Phys 123:064107. Crossref
35 Marenich AV, Cramer CJ, Truhlar DG (2009) J Phys Chem B 113:6378-6396. Crossref
36 Fawcett WR (2008) Langmuir 24:9868-9875. Crossref
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License (CC BY-NC-ND 4.0), которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
