مطالعه DFT اثرمیدان الکتریکی بر جذب برخی ترکیب های نیتروآروماتیک در سطح نانولوله روی اکسید

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی فیزیک، دانشکده شیمی، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

چکیده

در این پژوهش، نظریه تابعیت چگالی  (DFT)برای مطالعه فرایند جذب مولکول ­های 2و4و6 تری‌‌نیتروتولوئن، 2و4 دی‌‌نیتروتولوئن، تتریل و نیتروبنزن در سطح نانولوله روی اکسید (08) و بررسی اثر میدان الکتریکی خارجی بر فرایند جذب آن­ها مورد استفاده قرار گرفته است. داده‌های به دست آمده از محاسبه­ ها نشان می‌دهد که این مولکول­ ها به ترتیب با انرژی جذب 7/61-، 54-، 7/110- و 7/61- کیلوژول بر مول در سطح نانولوله جذب شده و سبب کاهش بیش از 5/0 الکترون‌ولت در شکاف انرژی نانولوله می‌شوند. با توجه به این نتیجه ­ها افزایش رسانایی سامانه که در نتیجه کاهش شکاف انرژی نانولوله طی فرایند جذب ایجاد می‌شود، می‌تواند به عنوان عاملی برای شناسایی مولکول ­های نیتروآروماتیک مورد‌ مطالعه استفاده شود. با اعمال میدان الکتریکی بر ساختارهای جذبی مشخص می‌شود که با تنظیم شدت میدان الکتریکی در جهت مناسب می‌توان به مقدارهای مناسبی از انرژی جذب و شکاف انرژی در فرایند جذب این مولکول­ها در سطح نانولوله روی اکسید دست یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Wu Y.L., Tok A.me.Y., Boey F.Y.C., Zeng X.T., Zhang X.H., Surface Modification of ZnO Nanocrystals, Applied Surface Science, 253: 5473-5479 (2007).

[2] Prades J.D., Cirera, A., Morante J.R., Abinitio Calculations of NO2 and SO2 Chemisorption onto Non-Polar ZnO Surfaces, Sensors and Actuators B: Chemical, 142: 179-184 (2009).

[3] Vayssieres L., Keis K., Hagfeldt A., Lindquist S.E., Three-Dimensional Array of Highly Oriented Crystalline ZnO Microtubes, Chemistry of Materials, 13: 4395–4398 (2001).

[4] Katwal G., Maggie P., Irene A.R., James E.M., Oomman K.V., Rapid Growth of Zinc Oxide Nanotube–Nanowire Hybrid Architectures and Their Use in Breast Cancer-Related Volatile Organics Detection, Nano Letter, 16: 3014-3021 (2016).

[5] Li Y., Liu K., Li W.J., Guo A., Zhao F.Y., Liu H., Ruan W.J., Coordination Polymer Nanoarchitecture for Nitroaromatic Sensing by Satic Quenching Mechanism, The Journal of Physical Chemistry C, 119: 28544–28550 (2015).

[6] Wang H., Xu X., Lee C., Johnson C., Sohlberg K., Ji H.F., Highly Selective Sensing of Nitroaromatics Using Nanomaterials of Ellagic Acid, The Journal of Physical Chemistry C, 116: 4442–4448 (2012).

[7] Farmanzadeh D., Tabari L., DFT Study of Adsorption of Picric Acid Molecule on the Surface of Single-Walled ZnO Nanotube; as Potential New Chemical Sensor, Applied Surface Science, 324: 864 (2015).

[8] Akhavan J., “The Chemistry of Explosives", 2nd ed., Cambridge. Royal Society of Chemistry, (2004).

[9] Beauchamp R.O.Jr., Irons R.D., Rickert D. E., Couch, D, B., Hamm, T. E., A Critical Review of the Literature on Nitrobenzene Toxicity, Critical Reviews in Toxicology, 11: 33-84 (1982). 

[10] Foroutan-Nejad C., Andrushchenko V., Straka M., Dipolar Molecules Inside C70: An Electric Field-Driven Room-Temperature Single-Molecule Switch, Physical Chemistry Chemical Physics, 18: 32673-32677 (2016).

[11] Farmanzadeh D., Ghazanfary S., BNNTs under the Influence of External Electric Field as Potential New Drug Delivery Vehicle of Glu, Lys, Gly and Ser Amino Acids: A First-Principals Study, Applied Surface Science, 320: 391–399 (2014).

[12] Meir R., Chen H., Lai W., Shaik S., Oriented Electric Fields Accelerate Diels–Alder Reactions and Control the endo/exo Selectivity, Chem Phys Chem, 11: 301-310 (2010).

[13] Novák M., Foroutan-Nejad C., Marek R., Comment on Some Unexpected Behavior of the Adsorption of Alkali Metal Ions onto the Graphene Surface under the Effect of External Electric Field, The Journal of Physical Chemistry C, 119: 5752-5754 (2015).

[14] Farmanzadeh D., Tabari L., Electric Field Effects on the Adsorption of Formaldehyde Molecule on the ZnO Nanotube Surface: A Theoretical Investigation, Computational and Theoretical Chemistry, 1016: 1-7 (2013).

[15] Li Y.F., Liu L., Chen Y.S., ZhaF., Size- and Surface Dependent Stability, Electronic Properties, and Potential as Chemical Sensors: Computational Studing S.B., Chen Z.es on One-Dimensional ZnO Nanostructures, The Journal of Physical Chemistry C112: 13926-13931 (2008).

[16] Delley B., From Molecules to Solids wif the DMol(3) Approach, The Journal of Chemical Physics, 113: 7756-7764 (2000).

[17] Parr R.G., Yang W., "Density-Functional Theory of Atoms and Molecules", Oxford University Press: New York (1994).

[18] Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M., Generalized Gradient Approximation Made Simple, Physical Review Letters, 77: 3865-3868 (1996).

[19] Song D.M., Li J.C., First Principals Study of Band Gap of Cu Doped ZnO Single-Wall Nanotube Modulated by Impurity Concentration and Concentration Gradient, Computational Materials Science, 65: 175-181 (2012).

[20] Xu H., Zhang R.Q., Zhang X., Rosa A.L., Frauenheim Th., Structural and Electronic Properties of ZnO Nanotubes from Density Functional Calculations, Nanotechnology, 18: 485713 (2007).

[21] Li S., "Semiconductor Physical Electronics", 2nd ed., USA, Springer. (2006).

[22] Novák M., Foroutan-Nejad C., Marek R., Solvent Effects on Ion–Receptor Interactions in the Presence of an External Electric Field, Physical Chemistry Chemical Physics, 18: 30754-30760 (2016).

[23]  دیده‌ بان، خدیجه؛ اکبری، مینا؛ عادل خانی، هادی؛ مطالعه رفتار کامپوزیت پلی آکریل آمید-روی اکسید به عنوان الکترود در ابرخازن های الکتروشیمیایی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (2)34: 41 تا 46 (1394).

[24]  تارقلی، احسان؛ موسوی خوشدل، سید مرتضی؛ رحمانی‌فر، محمدصفی؛ تأثیر نقص‌های ساختاری در گرافن عامل‌دار شده با گروه عاملی –COOH در کارایی ابرخازن پایه گرافنی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)35: 33 تا 42 (1395).