24016

بررسي مكانيزم اكسايش و كاهش پلي پيرول به روش تئوري تابعي چگالي

ارشد

شيمي

1399-1400

1400/4/7

سيد مرتضي موسوي خوشدل

زهرا خدادادي

شيمي

پليمرهاي هادي(مزدوج) در سال¬هاي اخير مورد توجه صنايع مختلف به ويژه باتري¬ها و ابرخازن¬ها قرار گرفته است. در اين تحقيق، با هدف بررسي مكانسيم اكسايش كاهش، محاسبات بهينه سازي و فركانس در سطح B3LYP با مجموعه پايه G(d,p) ++ 311-6 در فاز گازي به روش تئوري تابعي چگالي DFT انجام شده است. اثر حلال به روش PCM با فرمول بندي معادله انتگرال IEF-PCM در مدل SMD با حلال آب شكل گرفته است. پيش بيني مسير انتقال بار و پتانسيل الكتروشيميايي پيرول و اليگوپيرول¬هاي سه، پنج و هفت حلقه¬اي آن براساس چرخه ترموديناميكي انرژي¬ آزاد فرآورده¬ها و واكنش دهنده¬ها در فاز محلول و ارتباط آنها با انرژي¬ آزاد گازي بدست آمده است. از دست دادن الكترون در فاز گازي با يك سد انرژي همراه است كه البته با افزايش تعداد حلقه¬هاي اليگوپيرول اين سد انرژي كاهش مي¬يابد، در حالي كه از دست دادن الكترون در فاز محلول حالت گذاري ندارد، ضمن اينكه از دست دادن پروتون از روي نيتروژن اولويت مسير اكسايشي آنهاست. از سوي ديگر، دريافت الكترون اولويت مسير كاهشي مي¬باشد، هرچند در فاز محلول حالت گذاري وجود ندارد ولي دريافت پروتون در فاز گاز روي C1 پيرول و نيز روي C2 اليگوپيرول¬ها با سد انرژي همراه است. پتانسيل¬هاي نسبي اكسايش وكاهش، منفي هستند و با افزايش تعداد حلقه¬هاي اليگوپيرول، اين پتانسيل¬ها نيز تا اندازه¬اي افزايش مي¬يابند و در كل پتانسيل¬هاي كاهشي با مقادير تجربي هم¬خواني بيشتري دارند.

1400/04/21

Investigation of oxidation and reduction mechanism of polypyrrole by density functional theory method

6/28/2022 12:00:00 AM

Conductor polymers has been considered in various industries in recent years, especially batteries and supercapacitors. In this study, with the aim of investigating the reduction oxidation mechanism, optimization and frequency calculations at the B3LYP level with the base set 6-311++G(d, p) in the gas phase is performed by DFT density functional theory method. The solvent effect by PCM method which is formulated by IEF-PCM integral equation in SMD model with water solvent is modeled. Prediction of charge transfer path and electrochemical potential of Pyrrole and its three, five and seven ring loops based on thermodynamic cycle of free energy of products and reactants in solution phase and its relation with free gas energy is obtained. The loss of electrons is accompanied with an energy barrier in the gas phase, which decreases with increasing number of oligopyrrole rings. While the loss of electrons in the solution phase has not transition state, the loss of protons from Nitrogene is the priority of its oxidation pathway. On the other hand, electron reception is a priority of the decreasing path, although there is no transition state in the solution phase, but proton reception in the gas phase on C1 Pyrrole and also on C2 oligopyrroles is accompanied with energy barrier. The relative oxidation and reduction potentials are all negative, and as the number of oligopyrrole rings increases, these potentials also increase to some levels, and in general the reduction potentials are more compatible with the experimental values.

،پيرول، پلي پيرول , اكسايش، كاهش , تئوري تابعي چگالي

Pyrrole, polypyrrole , Oxidation, Reduction , Density functional theory (DFT)