Вестник МГТУ. 2015, №2.

Войтеховский Ю.Л., СтепенщиковД.Г. Фуллерены как потенциальные коллекторы. УДК 544 + 549 Ю.Л. Войтеховский, Д.Г. Степенщиков Фуллерены как потенциальные коллекторы благородных металлов в углеродистых геологических формациях Yu.L. Voytekhovsky, D.G. Stepenshchikov Fullerenes as potential collectors of noble metals in carbon-bearing geological formations Аннотация. Приведены результаты компьютерного моделирования фуллеренов в ограничениях Бартелла. Для всех возможных фуллеренов диапазона C 60 - C 100 рассчитаны объемы внутренних полостей. Для наиболее стабильных (симметричных без контактирующих пентагонов) структур найдены числа допирующих атомов Au, Ag, Pt и Pd. Установлено, что емкость фуллерена более зависит от числа образующих атомов, чем от точечной группы симметрии. Для данного числа атомов углерода наибольшей емкостью обладают удлиненные, а не сферические фуллерены. Abstract. The results of computer modelling of fullerenes in the Bartell's restrictions have been suggested in the paper. The inner volumes of all the possible C 60 to C 100 fullerenes have been calculated. The numbers of dopping Au, Ag, Pt, and Pd atoms have been found for the most stable (symmetrical with no adjacent pentagons) structures. The inner volume has been stated to be mostly dependent from the number of fullerene-forming atoms than from the symmetry point group. The elongated but not spherical fullerenes possess the biggest inner volumes for the given number of carbon atoms. Ключевые слова: стабильные фуллерены, благородные металлы, углеродистые геологические формации Key words: stable fullerenes, noble metals, carbon-bearing geological formations 1. Введение Фуллерены и подобные им структуры существуют в природе, хотя и в небольшом количестве. Их незаметное участие в геохимических процессах определило то, что впервые они были открыты в эксперименте. И все же не стоит преуменьшать их значение. Возможно, накопление благородных, редких и рассеянных элементов в углеродистых формациях обусловлено не только сорбцией на графите, но и локализацией внутри фуллеренов. Может быть, в будущем эта форма концентрации составит главу геохимии указанных элементов. В статье выполнено компьютерное моделирование емкости фуллеренов относительно атомов благородных металлов Au, Ag, Pt, Pd. В большинстве случаев атомы допирующих металлов вступают в ионную связь с углеродной оболочкой, отдавая ей электроны (Шпак и др., 2001). Авторами рассмотрена простейшая ситуация, когда атомы благородных металлов не взаимодействуют с оболочкой. Задача сводится к нахождению объема внутренней полости фуллерена и подсчета, с учетом ее конфигурации, максимального числа помещенных в нее атомов. Последние рассматриваются как сферы с радиусом, равным атомному радиусу соответствующего химического элемента. Полость рассчитывается как область действия молекулярных (ван-дер-ваальсовых) сил. Подобный подход реализован в работе (Adams et al., 1994), но без участия инкапсулированных атомов. Внедренные в углеродную оболочку атомы не образуют с ней химических связей и могут рассматриваться как плотнейшая шаровая укладка некоторого замкнутого объема. Задача разбивается на несколько частей: 1. Построение 3D каркасов для потенциально стабильных фуллеренов из ранее генерированных многообразий (Войтеховский, Степенщиков, 2002; 2003). 2. Расчет объемов полостей фуллеренов. 3. Заполнение полостей фуллеренов сферами, моделирующими атомы благородных металлов, и подсчет их максимального числа. 2. Построение фуллеренов Для получения пространственных координат фуллеренов использовалась упрощенная модель Бартелла (Дашевский , 1974) взаимодействия атомов углерода. В рамках этой модели совокупность атомов рассматривается как механическая система точек и упругих связей между ними, соединенных определенным комбинаторным образом. Ее основные положения: 1. Несмежные атомы в молекуле не взаимодействуют. 2. Все связи между атомами одинаковы, т.е. одинарные и двойные связи неразличимы. 228