具有扩展OH-氢键链的封装分子结构的热稳定性
Thermal Stability of Encapsulated Molecular Structures with Extended OH-Hydrogen-Bond Chains
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- N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院 N.N. 谢苗诺夫化学物理联邦研究中心）
- Plekhanov Russian University of Economics（普列汉诺夫俄罗斯经济大学）
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中文总结 AI 辅助
本研究通过粗粒化模拟发现，h-BN封装可显著提高含OH氢键链分子结构的热稳定性，其中对乙酰氨基酚和4-羟基苯甲酰苯胺的封装链最有潜力用于高温无水质子交换膜。
中文摘要 AI 辅助
使用粗粒化模型，我们对吸附在平坦基底（h-BN晶体表面）上的线性分子链的动力学进行了数值模拟。研究表明，结构中包含苯环和羟基的分子可以形成稳定的OH$\cdots$OH$\cdots$OH氢键链。这样的链可以由苯酚C$_6$H$_5$OH、4-苯基苯酚C$_6$H$_5$--C$_6$H$_4$OH、对乙酰氨基酚CH$_3$C(O)NHC$_6$H$_4$OH和4-羟基苯甲酰苯胺C$_6$H$_5$C(O)NHC$_6$H$_4$OH分子形成。这些链的解离分别发生在高于$T_1=190$、240、300和400K的温度下。用六方氮化硼片覆盖这些分子系统（即它们的范德华封装）显著增强了其热稳定性。这种封装的分子结构在分别高达$T_2=470$、800、880和1140K的温度下仍能保持氢键链。模拟使我们得出结论，h-BN封装的这些分子链可用于制造能够在高温下运行的无水质子交换膜。最有前景的是对乙酰氨基酚和4-羟基苯甲酰苯胺分子的封装链。
英文摘要
Using a coarse-grained model, we performed numerical simulations of the dynamics of linear molecular chains adsorbed on a flat substrate (on the surface of an h-BN crystal). It is shown that molecules containing benzene rings and hydroxyl groups in their structure can form stable hydrogen-bond chains OH$\cdots$OH$\cdots$OH. Such chains can be formed by phenol C$_6$H$_5$OH, 4-phenylphenol C$_6$H$_5$--C$_6$H$_4$OH, paracetamol CH$_3$C(O)NHC$_6$H$_4$OH, and 4-hydroxybenzanilide C$_6$H$_5$C(O)NHC$_6$H$_4$OH molecules. The dissociation of these chains occurs at temperatures above $T_1=190$, 240, 300, and 400K, respectively. Coating such molecular systems with a hexagonal boron nitride sheet (their van der Waals encapsulation) significantly enhances their thermal stability. Such encapsulated molecular structures retain hydrogen-bond chains up to temperatures of $T_2=470$, 800, 880, and 1140K, respectively. The simulations allow us to conclude that h-BN-encapsulated chains of these molecules can be used to create anhydrous proton-exchange membranes capable of operating at high temperatures. The most promising are encapsulated chains of paracetamol and 4-hydroxybenzanilide molecules.
