Российские исследователи смогли создать математическую модель, которая способна предсказывать процесс образования «цветочных» металлорганических структур на поверхности твердого тела. Эти структуры выступают в качестве катализаторов таких промышленных процессов, как получение полиэтилена. Исследование поддержано грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда (РНФ), о ее результатах ученые сообщили в статье Journal of Physical Chemistry C.

В своем исследовании ученые проанализировали металлоорганические структуры, которые создаются на поверхности твердого тела при поглощении ими молекул органических веществ и атомов металлов. В 2011 году химикам из США удалось наблюдать в микроскоп такие структуры. Ранее российские исследователи уже наблюдали похожие образования в однокомпонентном слое тримезиновой кислоты на поверхности золота.

Теперь сотрудники Омского государственного технического университета решили проверить, могут ли такие структуры появляться в двухкомпонентной металлоорганической системе и как это связано с типом координирующего атома металла. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи использовали созданную ими ранее модель SuSMoST, которая позволяет строить структуры адсорбционных монослоев. Для этого авторы модифицировали программу, чтобы она была применима для класса молекул с треугольной симметрией расположения функциональных групп. Именно такие группы могут соединяться друг с другом через атом переходного металла. Итоговый алгоритм способен описать самосборку сотовой и треугольной структур.

В качестве модельного объекта ученые использовали трехвалентное золото из-за его относительной химической пассивности, а также переходные металлы (Fe, Ni, Co, Cu) и органическое соединение — 1,3,5-трис (4-пиридил) бензол. В качестве параметра для модели исследователи использовали разницу между энергиями двух- и трехкоординированных состояний. Такие взаимодействия авторы анализировали в адсорбционном слое, который находится в контакте с поверхностью золота. Чтобы сделать это, ученые использовали методы теории функционала плотности, Монте-Карло и тензорный метод ренормализационной группы.

С помощью этих методов ученые определили влияние типа металлического центра на фазовое поведение адсорбционного слоя: от него зависит предпочтительный вид координации молекул. Учитывая значение параметров каждого из переходных металлов, исследователи провели статистическое моделирование в SuSMoST и выяснили, что атомы меди и серебра могут образовывать двойную координацию, а железо, кобальт и никель — тройную.