Ab Initioinvestigation of the interaction of H2with lithium exchanged low-silica chabazites

Civalleri, Bartolomeo; Torres, Javier; Demichelis, Raffaella; Terentyev, A.; Ugliengo, Piero

doi:10.1088/1742-6596/117/1/012012

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“…In principle, the magnitude of the bathochromic shift (Dn) could be expected to correlate with the polarizing power of the cation involved, which is also the dominant factor determining the cation-dihydrogen interaction energy. [138][139][140][141] However, the specific geometry of the zeolite cationic site can have a reflection in such a correlation, as discussed below.…”

Section: Hydrogen Adsorption On Alkaline Zeolitesmentioning

confidence: 99%

The nature of cationic adsorption sites in alkaline zeolites—single, dual and multiple cation sites

Nachtigall

Delgado

Nachtigallová

et al. 2012

Phys. Chem. Chem. Phys.

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Gas adsorption on zeolites constitutes the base of many technological applications of these versatile porous materials. Quite often, especially when dealing with small molecules, individual extra-framework (exchangeable) cations are considered to be the adsorption site on which molecules coming from a gas phase form the corresponding adsorption complex. Nonetheless, while that can be the case in some instances, recent research work that combines variable temperature infrared spectroscopy with periodic DFT calculations showed that some types of adsorption sites involve two or more cations, which constitute dual and multiple cation sites, respectively. Adsorption complexes formed on these cationic adsorption sites differ in both structure and stability from those formed on a single cation alone. Examples concerning CO, CO(2) and H(2) adsorption on alkali and alkaline-earth metal exchanged zeolites are reviewed, with the double purpose of clarifying concepts and highlighting their relevance to practical use of zeolites in such fields as gas separation and purification, gas storage and heterogeneous catalysis.

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Section: Hydrogen Adsorption On Alkaline Zeolitesmentioning

confidence: 99%

The nature of cationic adsorption sites in alkaline zeolites—single, dual and multiple cation sites

Nachtigall

Delgado

Nachtigallová

et al. 2012

Phys. Chem. Chem. Phys.

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“…Esta simplificación en el análisis se justifica considerando que la formación de los complejos obedece a una interacción débil la cual no produce cambios estructurales en el adsorbente ni en el adsorbato. Se debe también mencionar que la validez de esta simplificación se ha demostrado en el estudio teórico de la interacción del H 2 con los centros polarizantes de la zeolita chabazita intercambiada con metales [21,22,23] en donde se ha observado que los cambios en la distancia H-H de las moléculas adsorbidas es alrededor de 3 milésimas de Å. Debido a las características semi-iónicas del cluster inorgánico que forma el MOF-5, se espera que esta unidad posea importantes fuerzas electroestáticas. Por esta razón se consideró razonable asumir que la interacción del H 2 con los sitios α y β se pueda describir de forma adecuada con métodos DFT.…”

Section: Resultados Estructuralesunclassified

“…Por esta razón, los valores de la EI c para cada caso fueron refinados usando el método P-ONIOM [19,20], el mismo que ha dado excelentes resultados en estudios teóricos de la interacción del H 2 con la zeolita chabazita [21,22,23,24]. En el método P-ONIOM el sistema H 2 /MOF-5 es dividido en dos subsistemas que son tratados a diferentes niveles de teoría (i.e., ALTO y BAJO).…”

Section: Modelos Y Métodosunclassified

Estudio computacional cuanto-mecánico de la interacción del hidrógeno molecular [H2] con el ZnO4(1,4-bencenodicarboxilato)3 [MOF-5]

Torres

Ferrabone

Napoli

et al. 2009

Av. Cienc. Ing. (Quito)

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The potential of ZnO4(1,4-bencenodicarboxilato)3 as media for adsorptive hydrogen storage is studied by means of quantum-mechanical calculations of the binding energy of H2 molecules adsorbed on different sites of the MOF-5 crystalline structure. In a first stage of the study, the binding energy is computed in periodic models with the B3LYP functional as level of theory, together with a localized Gaussian type basis set for the wavefunction expansion. Subsequently, the computed binding energies are refined by including the contribution of the dispersive forces, which are estimated at the MP2 level in molecular models cut off from the periodic structure as established within the P-ONIOM approach.Keywords. Ab Initio calculations, periodic models, H2 storage, dispersive forces. ResumenEl potencial del ZnO4(1,4-bencenodicarboxilato)3 [MOF-5] para almacenar hidrógeno vía adsorción es evaluado a través de cálculos cuanto-mecánicos de la energía de interacción entre moléculas de H2 y diferentes sitios de la estructura cristalina de este material. En una primera fase del estudio, la energía de interacción es calculada en modelos periódi-cos usando el funcional B3LYP como nivel de teoría junto con un set de funciones base localizadas de tipo Gaussiano que es usado para expandir la función de onda del sistema. Posteriormente, con el objetivo de obtener resultados que describan mejor el proceso, se incluye a los valores calculados la contribución de las fuerzas de dispersión mediante el método P-ONIOM usando cálculos MP2 en modelos moleculares extraídos de la estructura cristalina.Palabras Clave. Cálculos Ab Initio, modelos periódicos, almacenamiento de H2, fuerzas de dispersión. IntroducciónEs inminente el hecho de que en un futuro cercano la humanidad enfrentará una crisis energética mundial debido a dos factores: (i) el constante incremento de la demanda global de energía, el cual hoy en día alcanza los 5.08×1017 BTU y que se cree incrementará aproximadamente en un 33.5 % en los siguientes 20 años [1] y (ii) la constante disminución de las reservas de petró-leo y gas natural, las mismas que se estima durarán 43 y 61 años, respectivamente, si estos recursos se siguen consumiendo al ritmo actual [1]. Por esta razón, resulta indispensable el desarrollo de las que se denominan Energías Alternativas [2], las cuales tendrían como objetivo reemplazar el uso de los combustibles fósiles en las actividades cotidianas e industriales de la humanidad. Una de las propuestas que se cree que podría ser aplicable es la de basar la economía mundial en el uso del H 2 como vector energético [3]. Sin embargo, la implementación efectiva de esta idea esta siendo frenada, principalmente, por los retos tecnológicos que implica el almacenamiento de hidrógeno, el cual en condiciones estándar de presión y temperatura es un gas muy poco comprimible [4]. Debido a esto, la búsqueda de méto-dos eficientes para almacenar hidrógeno se ha convertido en un tema de gran interés científico en los últimos años [5]. De los diferentes métodos que se h...

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“…Después de la corrección BSSE se obtuvieron las siguientes energías de amarre; para el conjunto base A se obtuvo una energía de amarre de 2.2 kJ/mol y para el conjunto base B se obtuvo 3.4 kJ/mol cercanas a los valores obtenidos para absorción de H 2 en zeolitas con alta baja relación Si/Al intercambiadas con litio [46]. Un resumen de las energías de amarre para las tres superficies analizadas se puede revisar en la Tabla 5 y además se puede observar las distancias entre el hidrógeno molecular y las superficies respectivas de los planos [100],…”

Section: Plano [112]unclassified

Estudio Teórico Cuanto Mecánico de Cristales Formados por Nanoclusters de Nitruro de Boro [BiNi, i = 12]

Posligua¹,

Zambrano

Torres

2013

Av. Cienc. Ing. (Quito)

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Although it has been predicted that boron nitride clusters (i.e., BiNi, i = 12-24) are capable of forming stable periodic structures, little is known about the electronic and vibrational properties of these solids. In this work, a quantum mechanical study of the B12N12 system using periodic models is presented to theoretically characterize this material and determine its potential applications such as the ability to absorb guest molecules such as molecular hydrogen. All the calculations were performed with the program CRYSTAL09 using the B3LYP (HF-DFT hybrid functional) and a localized Gaussian-type basis set of different flexibility. Electrostatic potential maps of different planes of the B12N12 system showed that the crystalline structure has sites capable of hosting molecular species due to their low electron density. Moreover, the computed vibrational frequencies allowed the identification of well-defined zones of the IR-spectrum of this solid. Keywords. B12N12, H2 storage, boron nitride clusters, periodic structures ResumenAunque se ha sugerido que los clusters de nitruro de boro (i.e., BiNi, i = 12-24) son capaces de agregarse y formar estructuras periódicas estables, se conoce poco sobre las propiedades electrónicas y vibracionales de estos sólidos. En este trabajo, un estudio cuanto mecánico del sistema B12N12 es presentado utilizando modelos periódicos para caracterizar teórica-mente este material y determinar sus posibles aplicaciones tales como la capacidad para adsorber moléculas huéspedes, en particular hidrógeno molecular. Todos los cálculos se realizaron mediante el programa CRYSTAL09 usando el funcional híbrido B3LYP (HF-DFT) y funciones base localizadas de tipo Gaussiano de diferente flexibilidad. Mapas de potencial electrostático de diferentes planos del sistema B12N12 mostraron que la estructura cristalina tiene sitios capaces de alojar especies moleculares debido a su baja densidad electrónica. Las frecuencias vibracionales calculadas permitieron la identificación de zonas bien definidas del espectro IR de este sólido. Además se realizó un estudio de almacenamiento de moléculas huésped en las superficies del cristal en planos seleccionados.Palabras Clave. B12N12, almacenamiento de H2, clusters de nitruro de boro, estructuras periódicas IntroducciónAunque actualmente existe un debate mundial con respecto a los factores que causan el denominado calentamiento global [1], existen varios estudios [2-5] en los que se ha concluido que el uso de combustibles fósiles para la producción de energía es la razón principal para que se de este fenómeno climático al que nos enfrentamos en la actualidad. Desde el punto de vista ambiental este hecho es sumamente preocupante especialmente porque la demanda energética mundial se encuentra suplida casi en su totalidad justamente por el uso de petróleo, carbón y gas natural [6]. Adicional al aspecto ambiental, se debe considerar que la dependencia extrema que la humanidad tiene en los combustibles fósiles es perjudicial también desde el punto de vista econ...

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Ab Initioinvestigation of the interaction of H₂with lithium exchanged low-silica chabazites

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The nature of cationic adsorption sites in alkaline zeolites—single, dual and multiple cation sites

The nature of cationic adsorption sites in alkaline zeolites—single, dual and multiple cation sites

Estudio computacional cuanto-mecánico de la interacción del hidrógeno molecular [H<sub>2</sub>] con el ZnO<sub>4</sub>(1,4-bencenodicarboxilato)<sub>3</sub> [MOF-5]

Estudio Teórico Cuanto Mecánico de Cristales Formados por Nanoclusters de Nitruro de Boro [BiNi, i = 12]

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