بررسی محاسباتی جذب سطحی تری‌نیتروآنیزول بر روی سطح نانولوله کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی(ره) شهر ری، تهران، ایران

2 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، واحد یادگار امام خمینی (ره) شهر ری، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

10.22036/ijc.2020.196653.1085

چکیده

در این مطالعه، برهمکنش نانو لوله کربنی با ماده انفجاری تری نیتروآنیزول با روش نظریه تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا ساختارهای ، تری نیتروآنیزول، نانو لوله کربنی و کمپلکس های آن‌ها با یکدیگر در دو کنفیگوراسیون متفاوت مورد بهینه سازی هندسی قرار گرفتند. سپس، محاسبات IR و اوربیتال های مولکولی بر روی آن‌ها صورت گرفت. انرژی جذب سطحی و پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه شده از جمله تغییرات انرژی آزاد گیبس (ΔGad)، تغییرات آنتالپی تشکیل (ΔHad) و ثابت تعادل ترمودینامیکی (Kth) نشان دادند که جذب سطحی ماده انفجاری بر روی نانو لوله کربنی گرما زا، خودبخودی و برگشت ناپذیر می‌باشد. تاثیر دما بر روی فرآیند جذب سطحی این ماده پرانرژی نیز بررسی گردید و یافته های به دست آمده ثابت کرد که در دمای 298 درجه کلوین، فرآیند جذب سطحی بالاترین راندمان را دارد. مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه، چگالی و طول پیوندهای N-O و C-NO2 نشان داد که با جذب شدن تری نیتروآنیزول بر روی نانو لوله کربنی میزان حساسیت این ماده پر انرژی نسبت به گرما به طور چشمگیری کاهش یافته و قدرت تخریبی، فشار و سرعت انفجار آنها به طور قابل ملاحظه ای افزایش می‌یابد. و یافته های آنالیز اوربیتال های مولکولی بیانگر آن بود که از نانو لوله کربنی می‌توان برای اندازه گیری تری نیتروآنیزول با استفاده از حسگرهای الکتروشیمیایی استفاده نمود.
.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Adsorption of Trinitroanisole on the Surface of Carbon nanotube: A Computational Study

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Jalali Sarvestani 1
  • Roya Ahmadi 2
1 Young Researchers and Elite Club, Yadegar-e-Imam Khomeini(RAH) Shahr-e-Rey Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Chemistry, Islamic Azad University, Yadegar-e-Imam Khomeini (RAH) Shahre-Rey Branch, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper investigates the interaction of carbon nanotube with Trinitroanisole by density functional theory. For this purpose, the structures of Trinitroanisole, carbon nanotube and their derived products at two different configurations were optimized geometrically. Then, IR and frontier molecular orbital computations were implemented on them. The calculated thermodynamic parameters including Gibbs free energy changes (∆Gad), adsorption enthalpy variations (ΔHad) and thermodynamic equilibrium constants (Kth) demonstrated that adsorption of Trinitroanisole is exothermic, spontaneous and irreversible. The effect of doping carbon nanotube with tin was also checked out and the findings indicated that by supplanting carbon with tin, the adsorption process remain exothermic, spontaneous and experimentally feasible. The influence of temperature was also evaluated and the results revealed that 298 K is the optimum temperature for the desired process. The obtained specific heat capacity values proved that by interaction of carbon nanotube with the studied explosive, the heat sensitivity has declined significantly. And this abate has become more intensified by doping carbon nanotube with tin. The structural feature such as density values and N-O and C-NO2 bond lengths substantiated that the detonation pressure, explosive velocity and destructive power of the energetic materials have defused drastically after the adsorbing on the surface of carbon nanotube. The orbital molecular findings indicated that Trinitroanisole have become less reactive, conductive and electrophile after the interaction with nanostructure and this nanostructure can be used for developing novel electrochemical sensors for detection of Trinitroanisole.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Trinitroanisole
  • Explosives
  • Density Functional Theory
  • Carbon nanotube

مراجع

1) H. H. Cady, Acta. Cryst. 23, 601 (1967). 
2) P. C. Hariharan, W. S. Koski, J. J. Kaufman, Int. J. Quantum. Chem. 23, 1493 (1983).
3) S. D. Harvey, R. J. Fellows, J. A. Campbell, D. A. Cataldo, J. Chromatogr. 605, 227 (1992).
4) I. E. Lindstorm, J. Appl. Phys. 41, 337 (1970).
5) A. Mustafa, A. A. Zahran, J. Chem. Eng. Data. 8, 135 (1963).
6) S. R. Myers, J. A. Spinnato, Toxicol. Pharmacol. 24, 206 (2007).
7) D. Ngoc Khue, T. D. Lam, N. V. Chat, V. Q. Bach, D. B. Minh, V. D. Loi, N. V. Anh, J. Ind. Eng. Chem.          20, 1468 (2014).
8) M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, J. Water. Environ. Nanotechnol. 4, 48 (2019).
9) T. V. Reddy, G. R. Olson, B. Wiechman, G. Reddy, J. Torsella, F. B. Daniel, G. J. Leach, Int. J. Toxicol.        18, 97 (1999).
10) M. E. Fuller, J. Kruczek, R. L. Schuster, P. L. Sheehan, P. M. Arienti, J. Hazard. Mater. 100, 245                  (2003).
11) J. Hilton, C. N. Swanston, B. M, J. 2, 509 (1941).
12) S. J. Toal, W. C. Trogler, J. Mater. Chem. 16, 2781 (2006).
13) R. C. Stringer, S. Gangopadhyay, S. A. Grant, Anal. Chem. 82, 4015 (2010).
14) J. D. Rodgers, N. J. Bunce, Wat. Res. 35, 2101 (2001).
15) Y. Pan, W. Zhu, H. Xiao, Comput. Theor. Chem. 1114, 77 (2017).
16) G. Han, R. J. Gou, F. Ren, S. Zhang, C. Wu, S. Zhu, Comput. Theor. Chem. 1109, 27 (2017).
 17) P. Ma, Y. Pan, J. C. Jiang, S. G. Zhu, Procedia. Eng. 211, 546 (2018).
18) M. D. Esrafili, Phys. Lett. 381, 2085 (2017).
19) A. Vinu, T. Mori, K. Ariga, Sci. Technol. Adv. Mater. 7, 753 (2006).
20) M. T. Baei, M. Moghimi, A. shojaei, Biosci., Biotech. Res. sia. 12, 1363 (2015).
21) A. Hosseinian, E. Vessaly, S. yahyaei, L. Edjlali, A. Bekhradnia, J. Clust. Sci. 28, 2681 (2017).
22) L. Shemshaki, R. Ahmadi, Int. J. New. Chem. 2, 247 (2015).
23) R. Ahmadi, N. Madahzadeh Darini, Int. J. Bio-Inorg. Hybr. Nanomater. 5, 273 (2016).
24) R. Ahmadi, L. Shemshaki, Int. J. Bio-Inorg. Hybr. Nanomater. 5, 141 (2016).
25) R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, Phys. Chem. Res. 6, 639 (2018).
 26) M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, Int. J. New. Chem. 5, 409-418 (2018).
27) M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, Int. J. New. Chem. 4, 400 (2017).
28) R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, Int. J. Bio-Inorg. Hybrid. Nanomater. 6, 239 (2017).
29) R. Ahmadi, Int. J. Nano. Dimens. 8, 250 (2017).
30) M. Culebras, A. M. Lopez, C. M. Gomez, A. Cantarero, Sens. Actuators, A Phys.  239, 161 (2016).
31)  M. R. Jalali Sarvestani, L. Hajiaghbabaei, J. Najafpour, S. Suzangarzadeh, Anal Bioanal Electrochem.        10, 675 (2018).
32) P. Ravi, M. G. Gore, S. P., Tewari, A. K., Sikder, Mol. Simul. 38, 218 (2013).
33) M. Najafi, Chinese. J. Struct. Chem. 38, 524 (2019).
34) S. Hrapovic, E. Majid, Y. Liu, K. Male,  J. H. T. Luong, Anal. Chem. 78, 5504 (2006).
35) P. C. Chen, S. Sukcharoenchoke, K. Ryu, L. G. Arco, A. Badmaev, C. Wang, C. Zhou, Adv. Matter. 22,        1900 (2010).
 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 مرداد 1398
  • تاریخ بازنگری: 10 دی 1398
  • تاریخ پذیرش: 27 شهریور 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار