К ВОПРОСУ О ПРОТОННОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГРАФЕНА И БОРОФЕНА В РАЗЛИЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕДАХ

В данной работе представлены результаты компьютерного моделирования состояния иона водорода H+ в гипотетических водных растворах с разной диэлектрической проницаемостью и симуляции прохождения свободного и гидратированного протона через мономерный нанослой графена и графеноподобного борофена. Расчеты проводили с использованием теории функционала плотности при помощи функционала обобщенного градиентного приближения BP86 и базисов группы Карлсруэ def2-SVPD и def2-TZVP. В качестве способа описания растворителя применяли континуальную модель CPCM с диапазоном значений диэлектрической проницаемости ε = 1 … 80,4. Моделирование осуществляли на базе программного пакета Orca 5.0.1. В первой части статьи описывается состояние межмолекулярных взаимодействий комплексов ионов H+ c молекулами воды. Установлено, что из всех рассмотренных структур (H3O+, H5O2+, H7O3+ и H9O4+) в водном растворе наиболее стабильной структурой является ион гидроксония H3O+. Данный экспериментальный факт не зависит от диэлектрических свойств среды. Во второй части статьи описывается прохождение ионов H+ через мономерный нанослой графена и графеноподобного борофена. Показан механизм проницаемости протона от первой молекулы воды на одной стороне ко второй молекуле воды на противоположной стороне нанослоя. Потенциальный барьер прохождения иона водорода через нанослой графена оказался равен 1,63 эВ, а через нанослой борофена высота барьера составила 0,22 эВ. Показано, что во всех вышеуказанных случаев диэлектрическая проницаемость среды не оказывает существенного влияния на значение высоты барьера.