Ab Initio Studies on Al<sup>+</sup>(H<sub>2</sub>O)<i><sub>n</sub></i>, HAlOH<sup>+</sup>(H<sub>2</sub>O)<i><sub>n</sub></i><sub>-</sub><sub>1</sub>, and the Size-Dependent H<sub>2</sub> Elimination Reaction
Notice bibliographique
Résumé
We report computational studies on Al(+)(H(2)O)(n), and HAlOH(+)(H(2)O)(n-1), n = 6-14, by the density functional theory based ab initio molecular dynamics method, employing a planewave basis set with pseudopotentials, and also by conventional methods with Gaussian basis sets. The mechanism for the intracluster H(2) elimination reaction is explored. First, a new size-dependent insertion reaction for the transformation of Al(+)(H(2)O)(n), into HAlOH(+)(H(2)O)(n-1) is discovered for n > or = 8. This is because of the presence of a fairly stable six-water-ring structure in Al(+)(H(2)O)(n) with 12 members, including the Al(+). This structure promotes acidic dissociation and, for n > or = 8, leads to the insertion reaction. Gaussian based BPW91 and MP2 calculations with 6-31G* and 6-31G** basis sets confirmed the existence of such structures and located the transition structures for the insertion reaction. The calculated transition barrier is 10.0 kcal/mol for n = 9 and 7.1 kcal/mol for n = 8 at the MP2/6-31G** level, with zero-point energy corrections. Second, the experimentally observed size-dependent H(2) elimination reaction is related to the conformation of HAlOH(+)(H(2)O)(n-1), instead of Al(+)(H(2)O)(n). As n increases from 6 to 14, the structure of the HAlOH(+)(H(2)O)(n-1) cluster changes into a caged structure, with the Al-H bond buried inside, and protons produced in acidic dissociation could then travel through the H(2)O network to the vicinity of the Al-H bond and react with the hydride H to produce H(2). The structural transformation is completed at n = 13, coincident approximately with the onset of the H(2) elimination reaction. From constrained ab initio MD simulations, we estimated the free energy barrier for the H(2) elimination reaction to be 0.7 eV (16 kcal/mol) at n = 13, 1.5 eV (35 kcal/mol) at n = 12, and 4.5 eV (100 kcal/mol) at n = 8. The existence of transition structures for the H(2) elimination has also been verified by ab initio calculations at the MP2/6-31G** level. Finally, the switch-off of the H(2) elimination for n > 24 is explored and attributed to the diffusion of protons through enlarged hydrogen bonded H(2)O networks, which reduces the probability of finding a proton near the Al-H bond.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,005 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,006 | 0,006 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,004 |
| Études des sciences et des technologies | 0,004 | 0,006 |
| Communication savante | 0,001 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,003 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,009 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».