برهم کنش کربن منواکسید با نانو لوله بور نیترید دی کربن BNC2 خالص و جایگزین شده با Al: به روش نظریه تابع چگالی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

چکیده

هدف از این پروژه بررسی فرایند جذب و بر هم کنش گاز کربن منواکسید (CO) با نانولوله BNC2 خالص و جایگزین شده با Al با استفاده از نظریه تابع چگالی در سطح Cam-B3LYP/6-31G(d) می باشد. برای همین منظور پیکر بندی های متفاوتی برای جذب گاز CO بر روی سطح نانو لوله خالص و جایگزین شده در نظر گرفته شد. پس از بهینه سازی اولیه تمام پیکربندی مورد نظر ، 12 مدل پایدار و مناسب را انتخاب نمودیم. در مرحله بعد ساختار تمام مدلهای انتخاب شده مجددا با دستور Cam-B3LYP/6-31G(d) بهینه سازی شدند. با استفاده از ساختارهای بهینه شده پارامترهای ساختاری، انرژی جذب، پارامترهای کوانتومی، ترمودینامیکی، اربیتالهای طبیعی پیوندی (NBO) ، اتم در مولکول (AIM)، تشدید مغناطیس هسته(NMR) ، نمودارهای چگالی دانسیته الکترونی(DOS) و نمودارهای پتانسیل اسپین الکترونی (ESP) محاسبه وکلیه نتایج حاصل مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفتند. بررسی نتایج ترمودینامیکی نشان داد که انرژی آزاد گیبس در تمام مدلهای جذبی مثبت بوده و فرایند جذب گاز CO بر روی سطح نانولوله غیرخودبخودی و نا مساعد می باشد. نتایج محاسبات AIM و NBO نشان داد که پیوند گاز CO با سطح نانولوله از نوع واندروالسی ضعیف می‌باشد. بررسی پارامترهای کوانتومی، نمودارهای DOS نشان داد که در اثر جذب CO بر روی سطح نانو لوله خالص و جایگزین شده با آلومینیوم رفتار الکتریکی سیستم تغییر قابل توجهی داشته که این موضوع ثابت می کند نانولوله BNC2 خالص و جایگزین شده با آلومینیوم می تواند حسگر مناسبی برای تشخیص گاز CO باشد.

چکیده تصویری

برهم کنش کربن منواکسید با نانو لوله بور نیترید دی کربن BNC2 خالص و جایگزین شده با Al: به روش نظریه تابع چگالی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The investigation of interaction of Carbon monoxide with the pristine and Al-doped BNC2 nanotube: By DFT method

نویسندگان [English]

  • Mahdi Sameti
  • Fereshteh Feris Abadi
چکیده [English]

The aims of this project is to investigate the adsorption and interaction of CO gas with the pristine and Al-doped BNC2 nanotubes by using Density function theory at the B3LYP/6-31G(d) level of theory. For this purpose, we consider different configurations for adsorbing CO gas on the surface of nanotube. At the first step all considered models are optimized by using DFT methods. By using optimized models the structural parameters, adsorption energy, Quantum and thermodynamic parameters, AIM, NBO, NMR, and DOS plots are calculated by DFT methods and all results are analyzed. The thermodynamic results reveal that all adsorption process is unspontaneously and the adsorption energy of all models are positive and are not favorable in view thermodynamic point. The AIM results show that the type of binding between nanotube and CO gas is a weak van der walls. The HOMO and LUMO result display that the HOMO density are localized on the head of nanotube and LUMO density is localized on the down head of nanotube. The results of NBO, DOS, and ESP demonstrate that the pristine and Al-doped BNC2 nanotube is a good candidate to making CO gas sensor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interaction
  • Carbon monoxide
  • BNC2 nanotube
  • Al-doped
  • DFT

[1] K. Azizi, S. M. Hashemianzadeh, Sh. Bahramifar,  Current. App. Physics11,782 (2011)

[2]  J. B. Beheshtian, A. T. Ahmadi Peyghan, Surface Sci. 606, 981(2012)

[3] J. B.  Beheshtion, M.  Z. Kamfiroozi, A. Ahmadi, Struct. Chem. 23,653 (2012)

[4] A. T. Ahmadi PeyghanM. T.  Baei,  S. Hashemian, P. Torabi, J. Mol. Model. 19,859 (2013)

[5]M.Hamadanian, B. Khoshnevisan, F. Kalantari Fotooh, Z. Tavangar, Comp. Mater. Sci. 58, 45 (2012)

[6]  A. Y.  Liu,  R. M. Wentzcovitch,  M. L. Cohen,  Phys. Rev. B.  39,1760 (1989)

[7] S. Iijima,  T. Ichihashin,  Nature (Londen) 363, 603(1993)

[8] D. S.  Bethune, C. H. Kiang, M. S.  De Vries, G. Gorman, R. Savoy, J. Vazquez , R. Beyers,  Nature 363,605 (1993)

[9]  S. Rahul, B.C. Satishkumar, A. Govindaraj, K.R. Harikumar, G. Raina, J.-P. Zhang, A.K. Cheetham, C.N.R. Rao, Chem. Phys. Lett. 287, 671 (1998)

[10]  W.L. Wang, X.D. Bai, K.H. Liu, Z. Xu, D. Golberg, Y. Bando, E.G. Wang, J. Am. Chem. Soc. 128,6530 (2006)

[11]  Y. Miyamoto, A. Rubio A, M.L. Cohen, S.G. Louie, Phys. Rev. B 50, 4976 (1994)

[12]  A.Y. Liu, R.M. Wentzcovitch, M.L. Cohen, Phys. Rev. B 39, 1760 (1989)

[13] J. Rossato, R.J. Baierle, T.M. Schmidt, A. Fazzio, Phys. Rev. B 77, 035129 (2008)

[14] R. Sen, B. C. Satishkumar, A. Govindaraj  , K. R. Harikumar, R. Gargi, J. P. Zhang,  A. K. Cheetham, C.N.R. Rao , Chem. Phys. Lett.287,671 (1998)

[15] M. O. Watanabe, S. Jtoh, T. Sasaki, K. Mizushima,Phys. Rev. Lett. 77,187 (1996)

[16]  K. Raidongia, D. Jagadeesan, M. Upadhyay-Kahaly, U. V. Waghmare, S. K. Pati, M. Eswaramoorthy, and C. N. R. Rao, J. Mater. Chem. 18, 83 (2008)

[17] M. Noei , A. Ahmadi Peyghan, J. Mol. Model. 19, 3843 (2013)

[18] A. Ahmadi Peyghan, M. Bigdeli Tabar, S.Yourdkhani, J. Clust. Sci. 24, 1011(2013)

[19] J. Rossato · R.J. Baierle, J. Low. Temp. Phys. 164, 41(2011)

[20]  X. D. Bai, J. D. Guo, J. Yu, E. G. Wang, J. Yuan, and W. Z. Zhou, Appl. Phys. Lett. 76, 2624 (2000)

[21] W.L. Wang, X. D. Bai, K. H. Liu, D. Golberg, Z. Xu, Y. Bando, E. G.  Wang, J. Am. Chem. Soc. 128,6530 (2006)

[22] M. Rezaei-Sameti,  N. Hemmati, J. Nanostruct. Chem.6,343 (2016)

[23]  M. Rezaei-Sameti, S. Yaghoobi, Comp. Conden. Matter. 3, 21 (2015)

[24] M. Rezaei-Sameti1, E. Samadi Jamil,  J. Nanostruct. Chem. 6,197 (2016)

[25] M. Rezaei-Sameti, F. Saki, Phys. Chem. Res. 3,265 (2015)

[26]  D. L. Medlin, T. A. Friedmam, P. B.  Mirkarimi, M. J. Mills K. F. Mccarfy, Phys. Rev. B. 50,7884 (1994)

[27]  R. Dennington, T. Keith, J. Millam, GaussView Version, 5(2009)

[28] M.J. Frisch, G.W. Trucks, H. B. Schlegel, G.E. Scuseria, M.A. Robb, J.R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G.A.  Petersson, H. Nakatsuji, “Gaussian 09, Revision A. 09” Gaussian, Inc: Wallingford, CT (2009)

[29] A. D Becke, Phys. review A. 38(6),3098 (1988)

[30] A.D Becke, J.chem  physics, 98(7),5648(1993)

[31]  C. Lee, W. Yang, R.G Parr, Phys. review B. 37(2),785 (1988)