بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی - دانلود رایگان
دانلود رایگان شیمی فیزیک[1] دانشی از علم شیمی است که به بررسی ماهیت شیمیایی سیستم های شیمیایی، از نظر اصول و قوانین نظری فیزیکی میپردازد. در واقع شیمی فیزیک رابطه میان
دانلود رایگان
| بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی(CNT) و نانولوله¬های BC3،BC2Nچکیده: در این پایان نامه، بهبررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولولههای کربنی(CNT) ونانولولههای BC3،BC2N پرداخته شده است. همچنین اثر کاتیونهای لانتانیدی (La3+,Eu3+,Lu3+) دکره شده در فرآیند جذب H2O و H2در کمپلکسهای [CNT-Ln(H2O)n] و [CNT-Ln(H2)n] بررسی گردیده است. محاسبات شیمی کوانتومی در سطح نظریه تابعیت چگالی، برای این کمپلکسها با استفاده از روش محاسباتی B3LYP و از مجموعه پایه ECP/7s 6p 5dبرای اتمهای لانتانیدی و هم چنین از مجموعه پایه 6-31G* برای سایر اتمها انجام شده است. انرژی برهمکنش، آنالیزاتمها در مولکولها(AIM) و آنالیز اوربیتالهای طبیعی پیوندی (NBO) در کمپلکسهای [CNT-Ln(H2O)n] و [CNT-Ln(H2)n] مطالعه شدهاند. با جایگزین کردن کاتیون لانتانیوم در کمپلکسهای [BC3-La] و [BC2N-La] نتایج محاسبات نشان داد که شکاف انرژی نسبت به نانولوله اولیه تغییر یافته و به ترتیب باعث کاهش و افزایش رسانایی در این کمپلکسها شده است. کلمات کلیدی: نانولوله، ذخیره سازی هیدروژن، ساختارالکترونی، نانولوله BC3 فهرست مطالب 2O)n].....................................................................60 2O)n] .........................................60 2O)n]......................................................................62 2O)n].............................66 2O)n]...................................68 2)n].......................................................................................................70 2)n]..................................70 2)n].......................................................................72 2)n].............................................75 2)n]................................................................................76 60 ......................................................................................................................................................6 2O)n ]....................................................37 2O)n ]....................................................37 2O)n].....................................................38 2)n].........................................................38 2)n]...........................................................39 2)n]...........................................................39 6 7 8 5 6 7 8 2O)n] برحسب فاصلهLn…O ...................................62 2O)n]................................................64 2O)]........................65 2O)2] ......................................................................................67 2)n]بر حسب فاصله پیوندی Ln…H2...................72 2)n]...................................................73 2)]......................................................74 2)2]......................................................................................76 2O)n]. فاصله ها بر حسب Å 2O)n]. فاصله ها بر حسب Å 2O)n]. فاصله ها بر حسب Å میباشند..............................................................................................................................................................................45 2O)n]............................................................................................................................46 LUMO (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی درکمپلکس [CNT-Ln(H2O)n] ........................................................................................................................................................46 [CNT-Ln(H2O)n] بوسیله آنالیز NBO......................................................................................................................47 2O)n] براساس تعداد مولکول های آب کئوردینه شده .....................................................................................................................................48 2O)n]......................49 2O)n]...............................................50 2 برای کمپلکس[CNT-La(H2)n]. فاصله ها بر حسب Å است........................................................................................................................................................................................51 2فاصله برای کمپلکس [CNT-Eu(H2)n]. فاصله ها برحسب Å است........................................................................................................................................................................................51 2برای کمپلکس [CNT-Lu(H2)n]. فاصله ها بر حسب Å است........................................................................................................................................................................................51 2)n].....................................................................................................................52 (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔEشکاف انرژی در برای کمپلکس [CNT-Ln(H2)n].......52 2)n]...............................................53 [CNT-Ln(H2)n] بوسیله آنالیز NBO.........................................................................................................................54 2 برای کمپلکس [CNT-Ln(H2)n] براساس تعداد مولکول های هیدروژن کئوردینه شده ..........................................................................................................................................56 2)n]....................................57 (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔEشکاف انرژی در کمپلکس [BC2N-La].........................57 (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔEشکاف انرژی در کمپلکس [BC3-La]............................58 1-1- مقدمه شیمی فیزیک[1] دانشی از علم شیمی است که به بررسی ماهیت شیمیایی سیستم های شیمیایی، از نظر اصول و قوانین نظری فیزیکی میپردازد. در واقع شیمی فیزیک رابطه میان دو علم شیمی و فیزیک را برقرار میکند و به دانش فیزیک بسیار نزدیک است. رشتههایی مانند نانو شیمی، شیمی سطح، شیمی کوانتوم، طیف سنجی مولکولی، ترمودینامیک، شیمی هستهای همه بیانگر ارتباط شیمی فیزیک به دانش فیزیک است ]1[. 1- 2- نانو چیست؟ قرن بیست ویکم قرن فناوری نانو، پدیده ای بزرگ است که در تمامی گرایشهای علمی راه یافته است. فناوری نانو از کلمه یونانی به معنی "کوتوله" سرچشمه گرفته است. نانو فقط یک مقیاس است، یک میلیاردم یک متر و یا حدود یک صد هزارم ضخامت تار موی انسان است. در بعد نانو خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اتم ها، مولکول ها باخصوصیات توده ماده فرق دارد و همین مشخصات باعث پیدایش دستاوردهای جدیدی در علوم پزشکی و مهندسی شده است ]2[. 1-3- تاریخچه فناوری نانو ایده فناوری نانو برای اولین بار در سال 1959 توسط فیزیکدان معروف ریچارد فاینمن[2] که در بحث خود با عنوان "فضای زیادی در سطوح پایین وجود دارد" مطرح شده است. او در بحث خود، امکان سنتز از طریق دستکاری مستقیم اتم ها و مولکول ها، در آینده را ارائه داد. اصطلاح فناوری نانو اولین بار توسط نوریو تایونگوچی2 در سال 1974 جهت دستیابی به اندازههایی در حدود یک نانومتر مورد استفاده قرار گرفت. چشم انداز های فاینمن انقلابی در راه اندازی مسابقه جهانی فناوری نانو بود. در سال 1981 اریک درکسلر3 اولین مقاله خود را در مورد نانو تکنولوژی مولکولی ارائه داد]3و4[. 1-4-کربن كربن يكي از متنوع ترین عناصر شناخته شده برای بشر است. تقریبا 79 درصد از شیمی آلی را کربن تشکیل میدهد. کربن در حالت پایه دارای ساختار الکترونی 1s22s22p2 است. هیبریداسیون sp3 اتم های کربن، این اجازه را به کربن میدهد که چهار پیوند کووالانسی با اتم های دیگر داشته باشد. در فناوری نانو، ترکیبات کربن یک دسته مهمی را تحت عنوان نانو ساختارهای کربنی به خود اختصاص میدهند. نانو ساختارهای کربنی دارای خصوصیات فیزیکی و شیمیایی ویژهای هستند و به همین لحاظ باعث پیشرفتهای متفاوتی در عرصه فناوری نانو شده است ]5[. 1-5- انواع گونه های کربن از لحاظ میکروسکوپی کربن در انواع مختلفیدر طبیعت یافت میشود. ترکیبات کربن مانند گرافیت، الماس، کربنهای بی شکل (آمورف)، فولرن، نانو الیاف کربنی، نانولولههای کربنی و گرافن هستند.انواع گونههای کربن در شکل 1-1 آورده شده است. فولرن یک نانو مادهی صفر بعدی، نانولوله های کربنی یک نانومادهی یک بعدی و گرافیت به عنوان یک ماده سه بعدی در نظر گرفته می شوند[6]. در زیر بعضی از خصوصیات و ویژگی های انواع مختلف کربن آورده شده است. شکل 1-1. انواع فرم های کربنی،A ) فولرن، B) نانولولههای کربنی،C ) گرافن وD ) گرافیت 1-5-1-گرافیت[3] گرافیت یکی از رایج ترین فرمهای کربن است. بر خلاف الماس، گرافیت یک هادی الکتریکی است. بنابراین میتوان آن را به عنوان نمونه در الکترود لامپ قوس الکتریکی استفاده کرد. در شرایط استاندارد گرافیت پایدارترین شکل کربن است. بنابراین از آن در ترموشیمی به عنوان شرایط استاندارد برای تعریف گرمای تشکیل ترکیبات کربن استفاده میکنند. گرافیت یک ساختار شش ضلعی از اتمهای کربن است که دارای هیبرید sp2 می باشند. اتمهای کربن با پیوند های کوالانسی به هم متصل شده اند ]7[. شکل 1-2 صفحات گرافیت را نشان میدهد. در لایه های بین صفحات نیروهای ضعیف واندر والسی وجود دارد و به همین علت لایه های گرافیت به خوبی بر روی هم نگه داشته میشود. از پودر گرافیت به عنوان روان کننده خشک استفاده میشود. از نظر فعالیت شیمیایی، گرافیت کمی فعال تر از الماس است و دلیل آن توانایی نفوذ پذیری واکنشدهندهها بین لایه های شش ضلعی از اتم های کربن در گرافیت است ]8[. شکل1-2. صفحات گرافیت 1-5-2- الماس[4] الماس یکی از آلوتروپ شناخته شده کربن است. سختی و درخشندگی الماس، آن را برای کاربردهای صنعتی و جواهرات مفید میسازد. الماس سخت ترین ماده طبیعی شناخته شده است. با ادامه پیشرفت در تولید الماس مصنوعی کاربردهای آینده آن امکان پذیر میشوند. همچنین از الماس به عنوان نیمه رسانا برای ساخت تراشه به عنوان فرو رفتن حرارت در الکترونیک استفاده میشود. ساختار بلوری الماس در شکل 1-3 آورده شده است. شکل1-3. ساختار بلوری الماس در ساختار بلوری الماس، چهاروجهیها با همدیگر یک شبکه سه بعدی از حلقههای کربن شش ضلعی تشکیل میدهند که این شبکه پایدار از پیوند کووالانسی و حلقه شش ضلعی دلیل سخت شدن الماس است. هر اتم کربن در الماس با چهار اتم کربن دیگر پیوند کوالانسی با هیبرید sp3 دارد ]9[. 1-5-3-فولرن2 فولرن به عنوان یک آلوتروپ دیگر کربن در سال ۱۹۸۵ توسط یک گروه از دانشمندان دانشگاه رایس کشف شد ]10[. فولرنها مولکول هایی با اندازه های مختلف بوده و به طور کامل از کربن تشکیل شدهاند که به شکل کره تو خالی، بیضی و یا لوله ای میباشند.ساده ترین فولرن، شامل ۶۰ اتم کربن در یک ساختار کروی است که بیست تا شش وجهی و دوازده تا پنج وجهی منظم دارد که در شکل 1-4 نشان داده شده است. هر اتم کربن در فولرن، دارای هیبریدsp2 است و با سه اتم کربن دیگر، پیوندهای سیگما تشکیل می دهد. این مولکول های قفس مانند با فرمولهایC60، C70 و C78 وجود دارند. خصوصیات فیزیکی و شیمیایی فولرن در حال حاضر به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. فولرنهای مورد مطالعه در سال 2003 استفاده دارویی داشتند. محققان با اتصال آنتی بیوتیکهای خاص به ساختار فولرن توانستند باکتریهای مقاوم و حتی سلولهای سرطانی خاص مانند ملانوم را مورد هدف قرار داده و راهکارهای درمانی را پیشنهاد دهند ]11[. دریافت فایل جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید |