نانومخروط بور نیتریدی BNNC جایگزین شده با جایگاه فعال شبه کلروفیل: حسگری گزینش پذیر برای گاز اکسیژن

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 4697ـ19395 تهران

چکیده

در این پژوهش پایداری و ویژگی­ های الکترونی نانومخروط بور نیترید تک­دیواره 120 درجه (BNNC) با محاسبه­ های نظریه تابعی چگالی (DFT)، مورد بررسی قرار گرفته است. در مدل پیشنهادی یک حلقه چهارتایی و 56 حلقه شش­تایی وجود دارد و به منظور اشباع شدن دهــانه نانومخروط از اتم­های هیدروژن اســــتفاده شده است. در مرحله دوم با ایجاد نقص در نانومخروط بور نیترید و  ایجاد یک برش عرضی در راس آن، ساختاری همانند با پورفیرین در نانومخروط بور نیترید اولیه جایگزین شده  و ترکیب P-BNNC به دست آمده است. مرحله سوم یون +2Mgدر مرکـــــز حفره­ ی P-BNNC  قرار داده­ شده و مدل شبه ­کلروفیل (Mg-P-BNNC) به دست آمده است. در آخرین مرحله  برهم­کــــنش بین گازهای 2CO، CO، 2H و 2O  با مرکز فلزی ترکیب Mg-P-BNNC مطالعه شده است. مولکول ­های گازی 2COو 2 H فقط از سایت بیرونی بر روی اتم فلزی منیزیم جذب می ­شوند اما گاز CO از هر دو سایت درونی و بیرونــــی جذب می­ شود. گاز 2O فقط از سایت درونی جذب بسیار زیادی دارد.با جــــذب فیزیکی گازهای 2CO، CO و 2H روی Mg-P-BNNC، مقدار شکاف نوار به تقریب ثابت بوده و در نتیجه رسانایی مولکول­Mg-P-BNNC در اثر جذب این گازها تغییر چشمگیری پیدا نکرده ­است و حسگر مناسبی برای این گازها نیست. نکته قابل توجه، تغییر چشمگیر در مقدار شکاف نوار و نیز در رسانایی ترکیب Mg-P-BNNC با جذب گاز اکسیژن برروی سایت درونی می ­باشد. در نتیجه Mg-P-BNNC حسگری مناسب و گزینش پذیر برای گاز اکسیژن در حضور گازهای 2CO، CO و 2H  است. محاسبه­ های DOS و NBOنیز این نتیجه ­ها را تأیید می­ کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[3]  Davarnejad R., Mohammad Niza N., Arpanahzadeh S., Zakeri M. Supercritical Fluid Extraction of β-Carotene from Crude Palm Oil Using CO2 in a Bubbler Extractor: Mass Transfer Study, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 33(4): 79-87(2014)

[4] Darroudi A., Eshghi H., Rezaeian S., Chamsaz M., Bakavoli M., Haghbeen K., Hosseiny A. A Novel Carbon Paste Electrode for Potentiometric Determination of Vanadyl Ion. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 34(4): 89-96 (2015).

[5] Mirzaei M., Yousefi M., Meskinfam M. Chemical Shielding Properties for BN, BP, AlN, and AlP Nanocones: DFT Studies, Superlattices and Microstructures, 51(6):809-13 (2012).

[6] Cumings J., Zettl A., Field Emission and Current-Voltage Properties of Boron Nitride Nanotubes. Solid State Communications, 129(10):661-4 (2004).

[7] بلبل امیری، محدثه ؛ ارشدی، ستار ؛ عزیزی، زهرا، بررسی برهم کنش گاز خردل بر روی نانولوله­های آلومینیوم ـ نیترید زیگزاگ (4،0)، (5،0) و (6،0)، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)33: 31 تا 41 (1393).

[8] Yan J.W., Liew K.M. Predicting Elastic Properties of Single-Walled Boron Nitride Nanotubes and Nanocones Using an Atomistic-Continuum Approach, Composite Structures, 125:489-498 (2015).

[9] Karimi P., Effects of Structure and Partially Localization of the π Electron Clouds of Single-Walled Carbon Nanotubes on the Cation-π Interactions, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 35(3): 35-43 (2016).

[10] Machado M., Piquini P., Mota R., Electronic Properties of Selected BN Nanocones, Materials Characterization, 50(2):179-82 (2003).

[11] Machado M., Piquini P., Mota R., Charge Distributions in BN Nanocones: Electric Field and Tip Termination Effects, Chemical Physics Letters, 392(4):428-32 (2004).

[12] Azevedo S. Stability and Electronic Structure of BN Negative Disclination, Journal of Solid State Chemistry, 178(10):3090-4 (2005).

[13] Xue-Song L., Dian-Qiang C., Bo Z., Jian-Lin Y., Purification of Yard-Glass Shaped Boron Nitride Nanotubes, Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE)., 33(1): 29-36 (2014).

[14] Zhao J.X., Ding Y.H. Theoretical Studies of Chemical Functionalization of the (8, 0) Boron Nitride Nanotube with Various Metalloporphyrin MP (M= Fe, Co, Ni, Cu, and Zn) Complexes, Materials Chemistry and Physics, 116(1):21-7 (2009).

[15] Vessally E., Behmagham F., Massoumi B., Hosseinian A., Edjlali L. Carbon Nanocone as an Electronic Sensor for HCl Gas, Quantum Chemical Analysis, 134:40-47 (2016)

[16] Bagheri Z.,  Ahmadi Peyghan A. DFT Study of NO2 Adsorption on the AlN Nnocones, Computational and Theoretical Chemistry, 1008:20-26 (2013).

[17]  Guerra T., Azevedo S., Machado M. Line Defects in Boron Nitride Nanostructures: A First-Principles Study, Solid State Communications, 234–235:45-50 (2016).

[18] قلیزاده، اعظم ؛ شاهرخیان، سعید ؛ ایرجی زاد، اعظم ؛ مهاجرزاده، شمس الدین ؛ وثوقی، منوچهر؛ اندازه‌گیری گلوتامات با استفاده از حسگر زیستی بر پایه نانولوله‌های کربنی عمودی،نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)32: 33 تا 36 (1392).

[19] Yazdian F., Shojaosadati S.A., Nosrati M., Pesaran Hajiabbas M., Malek Khosravi K. On-Line Measurement of Dissolved Methane Concentration During Methane Fermentation in a Loop Bioreactor, Iranian Journal Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 28(4):84-93 (2009).

[20] Rasoolzadeh M., Fatemi S., Gholamhosseini M., Moosaviyan M.A. Study of Methane Storage and Adsorption Equilibria in Multi-Walled Carbon Nanotubes, Iranian Journal Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE),  27(3):127-134 (2008).

[21] صفرزاده، محمد امین؛ مطهری، مهدیا؛ بهینه سازی همزمان ذخیره سازی زیرزمینی گاز و ازدیاد برداشت نفت در فرایند تزریق گاز کربن دی‌اکسید با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک چند هدفه، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)33: 85 تا 97 (1393).

[22] Gaussin 09, Revision E.01, Frisch, M. J.; Gaussian, Inc., Wallingford CT, (2009).