بررسی تابعی چگالی جذب گاز فسفین به نانولوله‌های کربنی و سیلیکون کاربید

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، واحد یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

چکیده

فسفین PH3 گاز سمی و خطرناکی است و در اثر واکنش آلومینیوم فسفید یا قرص برنج در حضور آب، بخار آب یا اسید معده آزاد می‌‌شود. مسمومیت ناشی از فسفین بیشتر به قصد خود کشی است به طوری که دو سوم از مسمومین ناشی از آن جان خود را از دست می‌دهند. در این تحقیق با استفاده از روش تابعی چگالی، خواص ساختاری و الکترونی نانولوله‌های کربنی و سیلیکون کاربید (10،0) به عنوان حسگر بیولوژیکی گاز فسفین مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا گاز فسفین در فاصله‌ی مجموع شعاع اتمی C/Si و P/H، از دو جهت هیدروژن و فسفر به سطح نانولوله و درون نانولوله اضافه شد. سپس ساختارها به طور کامل بهینه شدند. در نهایت مطالعات الکترونی بر روی ساختار‌های بهینه شده انجام گرفت. نتایج حاصل از انرژی‌های جذب، ساختار الکترونی و گاف نواری نشان می‌دهد که گرچه نانولوله‌ی کربنی توانایی کمی در جذب و شناسایی فسفین دارد، نانولوله‌ی سیلیکون کاربید با انرژی جذب بالا می‌تواند فسفین را جذب کرده و با تغییر در ساختار الکترونی و گاف نواری امکان شناسایی این ترکیب سمی و خطرناک را می‌دهد. در نهایت به منظور بررسی بیشتر بر هم کنش‌های بین اتم‌ها و اربیتال‌های دخیل در این بر هم کنش‌ها مطالعات چگالی حالت‌های جزئی نیز انجام شد.

چکیده تصویری

بررسی تابعی چگالی جذب گاز فسفین به نانولوله‌های کربنی و سیلیکون کاربید

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Density Functional Theory Investigation of Phosphine gas Adsorption to Carbon and Silicon Carbide Nanotubes

نویسندگان [English]

  • Forough Kalantari Fotooh
  • Tayebeh Askari Baghemiyani
Department of Chemistry, Yazd Branch, Islamic Azad University, Yazd, Iran
چکیده [English]

Phosphine (PH3) is a toxic and harmful gas released by the reaction of aluminum phosphide or rice pill in the presence of water, water vapor or stomach acid. Poisoning caused by phosphine is more suicidal and two thirds of the poisoned ones die. In this paper, the structural and electronic properties of (10,0) carbon nanotube and SiC nanotube have been investigated through density functional theory. The PH3 molecule was first placed at the distance about the sum of atomic radius of C/Si of nanotube and P/H of phosphine molecule, inside and outside the nanotube from both H and P atom sides. Then the structure was completely relaxed the electronic calculations were performed on relaxed structures. The results show that SWCNT can weakly adsorb PH3 molecule. However, SiC nanotube has lower adsorption energy toward phosphine and its electronic properties change more after adsorbing PH3 inside or outside the silicon carbide nanotube. Therefore this nanotube is potentially a good candidate for detecting and adsorbing PH3 molecules. Partial densities of state calculations were also performed to find the origin of each adsorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rice pill
  • Density functional theory
  • Band gap
  • phosphine
  • silicon carbide nanotube
[1] T.A. Baghemiyani, F. Kalantari Fotooh, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater. 27, 1274 (2017).
            [2] M. Bezi Javan, Surf. Sci. 635, 128 (2015).
                [3] M. Hamadanian, B. Khoshnevisan, F.K. Fotooh, et al, Comput. Mater. Sci. 58, 45 (2012).
                [4] E. Masumian, S.M. Hashemianzadeh, A. Nowroozi, Phys. Lett. A 378, 2549 (2014).
                [5] A. Soltani, A.A. Peyghan, Z. Bagheri, Physica E 48, 176 (2013).
                [6] A.A. Toropov, A.P. Toropova, Chemosphere 139, 18 (2015).
                [7] A.P. Toropova, A.A. Toropov, Chemosphere 93, 2650 (2013).
                [8] A. Fissel, B. Schröter, W. Richter, Appl. Phys. Lett. 66, 3182 (1995).
                [9] M. Andersson, R. Pearce, A. Lloyd Spetz, Sens. Actuators, B 179, 95 (2013).
                [10] M.A. Kazi, K.R. Asok, Nanotechnology 18, 495706 (2007).
                [11] M. Menon, E. Richter, A. Mavrandonakis, et al, Phys. Rev. B 69, 115322 (2004).
                [12] M. Zhao, Y. Xia, F. Li, et al, Phys. Rev. B 71, 085312 (2005).
                [13] X.-H. Sun, C.-P. Li, W.-K. Wong, et al, J. Am. Chem. Soc. 124, 14464 (2002).
                [14] M. Rostam, B. Somayeh, C. Raad, J. Phys.: Condens. Matter 20, 465214 (2008).
                [15] F. Cao, X. Xu, W. Ren, et al, J. Phys. Chem. C 114, 970 (2010).
                [16] G. Mpourmpakis, G.E. Froudakis, G.P. Lithoxoos, et al, Nano Lett. 6, 1581 (2006).
                [17] J.-m. Jia, S.-p. Ju, D.-n. Shi, et al, J. Nanopart. Res. 15, 1977 (2013).
                [18] R.Q. Wu, M. Yang, Y.H. Lu, et al, J. Phys. Chem. C 112, 15985 (2008).
                [19] G. Gao, H.S. Kang, J. Chem. Theory Comput. 4, 1690 (2008).
                [20] Z. Mahdavifar, M. Haghbayan, Appl. Surf. Sci. 263, 553 (2012).
                [21] M.D. Ganji, N. Seyed-aghaei, M.M. Taghavi, et al, Fuller. Nanotub. Car. N. 19, 289 (2011).
                [22] J.B.d. Oliveira, R.J. Baierle, R.H. Miwa, J. Appl. Phys. 112, 023702 (2012).
                [23] Odling.W, A Course of Practical Chemistry Arranged for the Use of Medical Students [24] Longmans, Green and Co., London, 1865.
                [25] S. Singh, J.B. Dilawari, R. Vashist, et al, Br. Med. J. (Clin Res Ed). 290, 1110 (1985).
                [26] J.E. Amoore, E. Hautala, J. Appl. Toxicol. 3, 272 (1983).
                [27] P. Gholamkhasi, N. Molaei, M. Noei, et al, Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences 4, 203 (2014).
                [28] M.S. Khan, A. Srivastava, R. Chaurasiya, et al, Chem. Phys. Lett. 636, 103 (2015).
                [29] S. Mohajeri, M. Noei, A.A. Salari, et al, Iran. J. Chem. Chem. Eng. 37, 39 (2018).
                [30] P. Buasaeng, W. Rakrai, B. Wanno, et al, Appl. Surf. Sci. 400, 506 (2017).
                [31] G. Paolo, B. Stefano, B. Nicola, et al, J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).
                [32] D.R. Hamann, M. Schlüter, C. Chiang, Phys. Rev. Lett. 43, 1494 (1979).
                [33] J.P. Perdew, Y. Wang, Phys. Rev. B: Condens. Matter 45, 13244 (1992).
                [34] Y. Xie, Y.-P. Huo, J.-M. Zhang, Appl. Surf. Sci. 258, 6391 (2012).
                [35] S. Gowtham, H.S. Ralph, P. Ravindra, et al, Nanotechnology 19, 125701 (2008).
                [36] T.W. Odom, J.-L. Huang, P. Kim, et al, Nature 391, 62 (1998).
                [37] O. Gülseren, T. Yildirim, S. Ciraci, Phys. Rev. B 65, 153405 (2002).
                [38] F. Kalantari Fotooh, T. Askari Baghemiyani, J. Inorg. Organomet. Polym. Mater.,  (2018).
                [39] J.-x. Zhao, Y.-h. Ding, J. Phys. Chem. C 112, 2558 (2008).