Computational investigation of hydrogen adsorption by alkali-metal-doped organic molecules: Role of aromaticity

ChemPhysChem

Volumn 10, Issue 2, 2009, Pages 427-435

  Srinivasu, Kancharlapally ^a   Chandrakumar, Kuttay R S ^a   Ghosh, Swapan K ^a  

^a BHABHA ATOMIC RESEARCH CENTRE   (India)

Author keywords

Ab initio calculations; Electrostatic interactions; Hydrogen storage; Organometallics; Physisorption

Indexed keywords

ALKALI METALS; ATOMS; CALCULATIONS; COULOMB INTERACTIONS; FREE RADICAL REACTIONS; HYDROGEN STORAGE; METAL COMPLEXES; MOLECULES; ORGANOMETALLICS; PHYSISORPTION; VAN DER WAALS FORCES;

AB INITIO CALCULATIONS; ALKALI METAL ATOMS; COMPUTATIONAL INVESTIGATION; CYCLOPENTADIENYL RADICAL; HYDROGEN ADSORPTION; HYDROGEN ADSORPTION CAPACITY; INTERACTION ENERGIES; ORGANIC MOLECULAR SYSTEM;

GAS ADSORPTION;

EID: 59449107573     PISSN: 14394235     EISSN: 14397641     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cphc.200800520     Document Type: Article

References (113)

1. a) B. Sørensen, Int. J. Energy Res. 2008, 32, 436-470;
2. b) N. S. Lewis, D. Nocera, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2006, 103, 15729-15735;
3. c) M. I. Hoffert, K. Caldeira, A. K. Jain, E. F. Haites, L. D. D. Harvey, S. D. Potter, M. E. Schlesinger, S. H. Schneider, R. G. Watts, T. M. L. Wigley, D. J. Wuebbles, Nature 1998, 395, 881-884.
4. S. Pacala, R. Socolow, Science 2004, 305, 968-972.
5. B. Sørensen, Renewable Energy, 3rd ed., Elsevier, Burlington, 2004, p. 946.
6. For a review, see the special issues: a) Hydrogen: An Overview, W. Lubitz, W. Tumas, Chem. Rev. 2007, 107, 3900-3903;
7. b) Towards a Hydrogen Economy, R. Coontz, B. Hanson, Science 2004, 305, 957.
8. L. Schlapbach, A. Züttel, Nature 2001, 414, 353-358.
9. a) M. S. Dresselhaus, I. L. Thomas, Nature 2001, 414, 332-337;
10. b) G. W. Crabtree, M. S. Dresselhaus, V. Buchanan, Phys. Today 2004, 57, 39-45.
11. a) M. Felderhoff, C. Weidenthaler, R. V. Helmolt, U. Eberle, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 2643-2653;
12. b) P. Kowalczyk, R. Holyst, M. Terrones, H. Terrones, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1786-1792;
13. c) A. W. C. van den Berg, C. O. Areán, Chem. Commun. 2008, 668-681.
14. J. Wolf, MRS Bull. 2002, 27, 684-687.
15. a) J. J. Reilly, Metal Hydrides as Hydrogen Storage and their Applications, CRC Press, Cleveland, OH, 1977;
16. b) Y. Fukai, The Metal-Hydrogen System, 2nd ed., Springer, Berlin, 2005;
17. c) F. Schüth, Nature 2005, 434, 712-713.
18. a) H. Lee, J. W. Lee, D. Y. Kim, J. Park, Y. T. Seo, Nature 2005, 434, 743-746;
19. b) Y. H. Hu, E. Ruckenstein, Angew. Chem. 2006, 118, 2063-2065;
20. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2011-2013;
21. c) F. Su, C. L. Bray, B. Tan, A. I. Cooper, Adv. Mater. 2008, 20, 2663-2666.
22. N. B. McKeown, B. Gahnem, K. J. Msayib, P. M. Budd, C. E. Tattershall, K. Mahmood, S. Tan, D. Book, H. W. Langmi, A. Walton, Angew. Chem. 2006, 118, 1836-1839;
23. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1804-1807.
24. a) C. P. Baldé, B. P. C. Hereijgers, J. H. Bitter, K. P. de Jong, Angew. Chem. 2006, 118, 3581-3583;
25. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3501-3503;
26. b) W. Grochala, P. P. Edwards, Chem. Rev. 2004, 104, 1283-1316.
27. a) N. L. Rosi, J. Eckert, M. Eddaoudi, D. T. Vodak, J. Kim, M. O'Keeffe, O. M. Yaghi, Science 2003, 300, 1127-1129;
28. b) J. L. C. Rowsell, O. M. Yaghi, Angew. Chem. 2005, 117, 4748-4758;
29. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4670-4679;
30. c) S. S. Han, W. Q. Deng, W. A. Goddard III, Angew. Chem. 2007, 119, 6405-6408;
31. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6289-6292;
32. d) B. Panella, M. Hirscher, H. Pütter, U. Müller, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 520-524;
33. e) D. J. Collins, H. C. Zhou, J. Mater. Chem. 2007, 17, 3154-3160.
34. a) A. C. Dillon, K. M. Jones, T. A. Bekkedahl, C. H. Kiang, D. S. Bethune, M. J. Heben, Nature 1997, 386, 377-379;
35. b) G. E. Froudakis, J. Phys. Condens. Matter 2002, 14, R453-R465;
36. c) S. Patchkovskii, J. S. Tse, S. N. Yurchenko, L. Zhechkov, T. Heine, G. Seifert, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2005, 102, 10439-10444;
37. d) A. Zuttel, P. Sudan, Ph. Mauron, T. Kiyobayashi, Ch. Emmenegger, L. Schlapbach, Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27, 203-212..
38. a) T. Yildirim, S. Ciraci, Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 175501/1-4;
39. b) Q. Sun, P. Jena, Q. Wang, M. Marquez, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9741-9745;
40. c) W. H. Shin, S. H. Yang, W. H. Goddard III, J. K. Kang, Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 053111/1-3.
41. http://www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcslls/.
42. B. Kiran, A. K. Kandalam, P. Jena, J. Chem. Phys. 2006, 124, 224703/1-6.
43. P. F. Weck, T. J. D. Kumar, E. Kim, N. Balakrishnan, J. Chem. Phys. 2007, 126, 094703/1-6.
44. A. Datta, S. K. Pati, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 4487-4490.
45. Y. Zhao, M. T. Lusk, A. C. Dillon, M. J. Heben, S. B. Zhang, Nano Lett. 2008, 8, 157-161.
46. A. B. Phillips, B. S. Shivaram, Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 105505/1-4.
47. a) Q. Sun, Q. Wang, P. Jena, Y. Kawazoe, J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14582-14583;
48. b) P. A. Krasnov, F. Ding, A. K. Singh, I. Yakobson, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 17977-17980.
49. Q. Sun, Q. Wang, P. Jena, B. V. Reddy, M. Marquez, Chem. Mater. 2007, 19, 3074-3078.
50. K. R. S. Chandrakumar, S. K. Ghosh, Chem. Phys. Lett. 2007, 447, 208-214.
51. K. R. S. Chandrakumar, S. K. Ghosh, Nano Lett. 2008, 8, 13-19.
52. a) Special edition on aromaticity (Ed.: P. v. R. Schleyer), Chem. Rev. 2001, 101, 1115-1118;
53. b) Z. Chen, C. S. Wannere, C. Corminboeuf, R. Puchta, P. v. R. Schleyer, Chem. Rev. 2005, 105, 3842-3888;
54. c) S. Villaume, H. A. Fogarty, H. Ottosson, ChemPhysChem 2008, 9, 257-264.
55. A. Carey, R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry: Structure and Mechanisms (Part A), Springer, New York, 2000.
56. a) L. Pauling, J. Sherman, J. Chem. Phys. 1933, 1, 606-617;
57. b) G. W. Wheland, L. Pauling, J. Am. Chem. Soc. 1935, 57, 2028;
58. c) L. Pauling, The Nature of the Chemical Bond, 3rd ed., Cornell University Press, New York, 1960.
59. M. B. Smith, J. March, Advanced Organic Chemistry, 5th ed., Wiley-Interscience, New York, 2001.
60. a) S. C. A. H. Pierrefixe, F. M. Bickelhaupt, Chem. Eur. J. 2007, 13, 6321-6328;
61. b) S. C. A. H. Pierrefixe, F. M. Bickelhaupt, J. Phys. Chem. A 2008, DOI: jp800 514n.
62. a) X. Li, A. E. Kuznetsov, H. F. Zhang, A. I. Boldyrev, L. S. Wang, Science 2001, 291, 859-861;
63. b) A. E. Kuznetsov, K. Birch, A. I. Boldyrev, X. Li, H. Zhai, L. S. Wang, Science 2003, 300, 622-625;
64. c) A. Datta, S. S. Mallajosyula, S. K. Pati, Acc. Chem. Res. 2007, 40, 213-221.
65. M. Yoon, S. Yang, E. Wang, Z. Zhang, Nano Lett. 2007, 7, 2578-2583.
66. a) R. C. Lochan, M. Head-Gordon, Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1357-1370;
67. b) A. Kuc, T. Heine, G. Seifert, H. A. Duarte, Chem. Eur. J. 2008, 14, 6597-6600.
68. a) J. G. Vitillo, A. Damin, A. Zecchina, G. Ricchiardi, J. Chem. Phys. 2005, 122, 114311/1-10;
69. b) J. G. Vitillo, A. Damin, A. Zecchina, G. Ricchiardi, J. Chem. Phys. 2006, 124, 224308/1-12.
70. G. J. Kubas, Metal Dihydrogen and σ-Bond Complexes: Structure, Theory, and Reactivity, Kluwer Academic, New York, 1999.
71. a) T. Schwabe, S. Grimme, Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 3397-3406;
72. b) F. Neese, T. Schwabe, S. Grimme, J. Chem. Phys. 2006, 126, 124 115/1-15.
73. a) Y. Zhao, D. G. Truhlar, Theor. Chem. Acc. 2008, 120, 215;
74. b) Y. Zhao, D. G. Truhlar, Acc. Chem. Res. 2008, 41, 157-167.
75. a) Y. Zhao, D. G. Truhlar, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 4061-4067;
76. b) Y. Zhao, D. G. Truhlar, Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 2701-2705.
77. a) K. Srinivasu, K. R. S. Chandrakumar, S. K. Ghosh, Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 5832-5839;
78. b) R. C. Lochan, R. Z. Khaliullin, M. Head-Gordon, Inorg. Chem. 2008, 47, 4032-4044.
79. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 84th ed. (Ed.: D. R. Lide), CRC Press, 2003-2004, pp. 10-147.
80. a) G. K. Fukin, S. V. Lindeman, J. K. Kochi, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8329-8336;
81. b) J. C. Amicangelo, P. B Armentrout, J. Phys. Chem. A 2000, 104, 11420-11432;
82. c) D. Feller, D. A. Dixon, J. B. Nicholas, J. Phys. Chem. A 2000, 104, 11414-11419;
83. d) J. C. Ma, D. A. Dougherty, Chem. Rev. 1997, 97, 1303-1324.
84. a) T. M. Krygowski, M. K. Cyranski, Chem. Rev. 2001, 101, 1385-1420;
85. b) T. M. Kruszewski, T. M. Krygowski, Tetrahedron Lett. 1972, 3839-3842;
86. c) T. M. Krygowski, J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1993, 33, 70-78.
87. A. D. Becke, K. E. Edgecombe, J. Chem. Phys. 1990, 92, 5397/1-15.
88. a) B. Silvi, A. Savin, Nature 1994, 371, 683-686;
89. b) A. Savin, R. Nesper, S. Wengert, T. F. Fässler. Angew. Chem. 1997, 109, 1892-1918;
90. Angew. Chem. Int. Ed. 1997, 36, 1808-1832;
91. Angew. Chem. Int. Ed. 1997, 36, 1808-1832.
92. a) J. K. Burdett, T. A. McCormick, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 6366-6372;
93. b) D. B. Chestnut, L. J. Bartolotti, Chem. Phys. 2000, 253, 1-11.
94. L. De Santis, R. Resta, Surf. Sci. 2000, 450, 126-132.
95. A. Rehaman, A. Datta, S. S. Mallajosyula, S. K. Pati, J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 30-36.
96. a) E. W. Neuse, H. Rosenberg, Metallocene Polymers, Marcel Dekker, New York, 1970;
97. b) H. Werner, Angew. Chem. 1977, 89, 1-10;
98. Angew. Chem. Int. Ed. 1977, 16, 1-9;
99. c) W. Siebert, Angew. Chem. 1985, 97, 924-939;
100. Angew. Chem. Int. Ed. 1985, 24, 943-958;
101. d) Y. Zhu, M. O. Wolf, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10121-10125.
102. R. Hoffmann, P. v. R. Schleyer, H. F. Schaefer III, Angew. Chem. 2008, 120, 7276-7279;
103. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 7164-7167.
104. M. W. Schmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz, S. T. Elbert, M. S. Gordon, J. H. Jensen, S. Koseki, N. Matsunga, K. A. Nguyen, S. J. Su, M. Dupuis, J. A. Montgomery, J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347-1363.
105. a) C. Lee, W. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789;
106. b) T. Tsuneda, K. Hirao, Chem. Phys. Lett. 1997, 268, 510-520;
107. c) T. Tsuneda, T. Suzumura, K. Hirao, J. Chem. Phys. 1999, 110, 10664-10678;
108. d) M. Kamiya, T. Tsuneda, K. Hirao, J. Chem. Phys. 2002, 117, 6010-6015.
109. P. v. R. Schleyer, C. Maerker, A. Dransfeld, H. Jiao, N. J. R. v. E. Hommes, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 6317-6318.
110. Gaussian 03, Revision C.02, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004.
111. A. Savin, A. D. Becke, J. Flad, R. Nesper, H. Preuss, H. G. von Schnering, Angew. Chem. 1991, 103, 421-424;
112. Angew. Chem. Int. Ed. 1991, 30, 409-412.
113. A. R. Allouche, Gabedit-2.0.11, 2007, http://gabedit. sourceforge.net/.