МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОТОННОГО ТРАНСПОРТА В ОРТОИОДНОЙ И ОРТОТЕЛЛУРОВОЙ КИСЛОТАХ И ИХ СОЛЯХ 

Зюбина Т.С.¹, Шилов Г.В.¹, Добровольский Ю.А.¹,Леонова Л.С.¹, Мебель А.М.²

¹Институт Проблем Химической Физики РАН

²Институт Атомных и Молекулярных Исследований

Ранее нами было экспериментально установлено, что некоторые соли ортоиодной кислоты обладают высокой протонной проводимостью

В рамках теории функционала плотности B3LYP с базисом  LanL2DZ, дополненным поляризационными d,p-функциями, были выполнены расчеты ортоиодной и ортотеллуровой кислот, их солей MIO₆H₄ (M=Li,Rb,Cs) и CsTeO₆H₅ , а так же димеров типа соль*кислота

Расчеты показывают, что миграция протона между октаэдрами имитирующая движение протона между слоями, проходит с энергиями активации близкими к полученным в результате экспериментальных исследований низкотемпературной проводимости (0.4 эВ).

Движение протона вдоль октаэдра, имитирующее протонную проводимость внутри слоя, проходит с энергиями активации близкими к 0.6-1.0 эВ. Эта величина хорошо согласуется с величиной энергии активации, полученной при исследовании  высокотемпературной (>50ºС) проводимости.

На основании расчетов можно предположить, что низкотемпературный транспорт протонов осуществляется за счет переноса протона между слоями. При повышении температуры становятся преодолимы барьеры транспорта протона вдоль октаэдров и возникает возможность проводимости внутри слоя, что должно приводить к повышению обшей  протонной проводимости. Однако, при высокотемпературной внутриоктаэдрической проводимости соответствующие расстояния I-O и Cs-O не успевают релаксировать, что приводит к потере первоначального порядка т.е. к аморфизации кристалла. Согласно расчетам, уменьшить аморфизацию кристаллов солей ортоиодной кислоты можно частичной заменой ортоиодной кислоты на ортотеллуровую. Проводимости ортоиодной и ортотеллуровой кислот должны быть соизмеримы, а соли должны проводить лучше, чем кислоты.

Данная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 01-03-33178). Расчеты проводились на суперкомпьютерах RM600 в вычислительном центре ИПХФ РАН и POWERCHALLENGERL в ИОХ РАН (РФФИ, проект 98-07-90290).