QM/MD-simulation of self-assembly processes of boron-nitrogen clusters in the gas phase

Abstract

Высокоструктурированные и нано- материалы занимают особое место в современной химии и материаловедении. Изоэлектронность связей B-N и С С отчасти послужила причиной тому, что бор-азотные материалы также стали привлекать больше внимания. Неравновесные условия, в которых протекает синтез BN-материалов, затрудняют экспериментальные исследования механизмов реакций синтеза бор-азотных кластеров, поэтому для моделирования процессов их образования применяют методы квантовой и вычислительной химии. Настоящая работа посвящена DFTB-MD моделированию процессов образования бор-азотных кластеров с использованием молекул прекурсоров (HBNH)3 (боразина), HBNH и BN. В работе рассмотрено влияние типа молекулы-прекурсора, используемой в QM/MD расчете, на структуру образующегося в ходе моделирования бор-азотного кластера. В настоящей работе показано, что при использовании в качестве модельной молекулы диатомной молекулы BN возможно формирование фрагмента бор-азотного листа на основе бор-азотного кластера, несущего на себе бор-азотную цепь гарпун длиной до 15 атомов.

Nanomaterials and smart materials hold a special place in modern chemistry and materials science. Isoelectronicity of C-C and B-N bonds partly stipulates the fact that boron-nitrogen clusters began to draw more attention. Nonequilibrium conditions in which boron-nitrogen clusters are formed make the experimental studies of the mechanisms of boron-nitrogen clusters formation difficult. Therefore, quantum and computational chemistry are used to simulate processes of boron-nitrogen clusters formation. This work is devoted to the DFTB-MD simulations of the boron-nitrogen clusters formation processes from (HBNH)3 (borazine), HBNH and BN molecules. The way type of precursor used in QM/MD computations affects the structure of the boron-nitrogen cluster formed during the simulation is discussed. In present work, we show that when diatomic BN molecule is used as a model molecule, a fragment of boron-nitrogen sheet can be formed based on a boron-nitrogen cluster carrying a boron-nitrogen harpoon-like chain with a length of up to 15 atoms.