مطالعه نظری بر روی سومانن و تری برمو سومانن به عنوان حسگر برای شناسایی گاز آلاینده فسژن

مهدوی فر, ذبیح الله; باجی, مریم; شاکرزاده, احسان

مطالعه نظری بر روی سومانن و تری برمو سومانن به عنوان حسگر برای شناسایی گاز آلاینده فسژن

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

گروه شیمی، دانشکده علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

در این پژوهش، جذب سطحی گاز آلاینده فسژن بر روی سطوح خارجی و داخلی سومانن و تری برمو سومانن با استفاده از محاسبه های DFT و TD-DFT مطالعه و بررسی شد. ویژگی های ساختاری، پایداری و الکترو اپتیکی سومانن ـ گاز مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. بر اساس نتیجه های به دست آمده می توان دید که فسژن به صورت فیزیکی بر روی سطح سومانن و مشتقش جذب شده است. همچنین، نتیجه ها نشان می دهند که با جایگزینی هترو اتم برم به جای کربن و هیدروژن در سومانن، ساختارهای نوین هتروسومانن توانایی بیشتر و بهتری در جذب فسژن از خود نشان می دهند. هتروسومانن مورد استفاده برای جذب فسژن نسبت به فسژن خالص حساسیت بیش تری از خود نشان می دهد به طوری که جذب فسژن تغییرهای چشمگیری در ویژگی های الکترونی و نوری از جمله کاهش شکاف انرژی و جابجایی طول موج بیشینه را باعث می شود. از این تغییرها می توان به عنوان نشانه ای برای شناسایی فسژن استفاده کرد، بنابراین می توان برای شناسایی این آلاینده در کاربردهای عملی از این هترو سومانن ها استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1] Beheshtian J., Kamfiroozi M., Bagheri Z., Ahmadi A., Computational Study of CO and NO Adsorption on Magnesium Oxide Nanotubes, Physica E, 44: 546-459(2011).

[2] Beheshtian J., Peyghan A., Bagheri Z., Detection of Phosgene by Sc-Doped BN Nanotubes: A DFT Study, Sensor& Actuator. B, 171: 846-852 (2012).

[3] Esrafili M.D., Nurazar R.A., Superlattice. Micros, A Density Functional Theory Study on the Adsorption and Decomposition of Methanol on B12N12 Fullerene-Like Nanocage, Superlattices and Microstructures, 67: 54-60 (2014).

[4] Rabideau P.W., Abdourazak A.H., Folsom H. E., Marcinow Z., Sygula A., Sygula R., Buckybowls: Synthesis and Ab Initio Calculated Structure of the First Semibuckminsterfullerene, J. Am. Chem. Soc. 116: 7891-7892 (1994).

[5] Scott L.T., Bronstein H.E., Preda D.V., Ansems R.B.M., Bratcher M.S., Hagen S., Pure Appl, Geodesic Polyarenes with Exposed Concave Surfaces, Chem. 71: 209-219 (1999).

[6] Janata J., Gendell J., Ling C.Y., Barth W.E., Backes L., Mark H.B., Lawton R.G., Concerning the Anion and Cation Radicals of Corannulene, J. Am. Chem. Soc. 89: 3056-3058 (1971).

[7] Kazemi Moghadam F., Shakerzadeh E., Computational Evaluation of the Remarkable Electro-Optical Responses of the Multilithiated Pristine and Heterosubstituted Sumanenes, Chem. Phys. Lett. 678: 51-58 (2017).

[8] Shakerzadeh E., Khodayar E., Noorizadeh S., Theoretical Assessment of Phosgene Adsorption Behavior onto Pristine, Al- and Ga-Doped B₁₂N₁₂ and B₁₆N₁₆ Nanoclusters, Comput. Mater. Sci. 118: 155-171(2016).

[9] Della T.D., Suresh C.H., Sumanene: an Efficient π-Bowl for Dihydrogen Storage, Phys. Chem. Chem. Phys., 20: 6227-6235 (2018).

[10] Armakovi S., Armakovi S.J., Pelemis S., Mirjani D., Influence of Sumanene Modifications with Boron and Nitrogen Atoms to its Hydrogen Adsorption Properties, Phys. Chem. Chem. Phys. 18: 2859-2870 (2016).

[11] Armakovi S., Armakovi S. J., Šetrajčić J.P., Jaćimovski S.K., Holodkov V., Sumanene and Its Adsorption Properties Towards CO, CO₂ and NH₃ Molecules, J., Mol. Model. 20: 2170-2184 (2014).

[12] Sun J., Sun Y., Yan C., Lin D., Xie Z., Zhou S., Yuan C., Zhang H.L., Shao X., Remarkable Nonlinear Optical Response of Pyrazine-Fused Trichalcogenasumanenes and Their Application for Optical Power Limiting, J. Mater. Chem. C, 6: 13114-13119 (2018).

[13] Karaush N.N., Baryshnikov G.V., Ågren H., Minaev B.F., A theoretical Study of New Representatives of Closed- and Open-Circle Benzofuran and Benzocyclopentadienone Oligomers, New J. Chem., 12: 11493-11505 (2018).

[14] Petrukhina M.A., From Corannulene to Larger Carbon Bowls: Are They Better for Multiple Metal Encapsulation?, Dalton Trans., 48: 5125-5130 (2019).

[15] Joko, Y.; Sasaki R.; Shintani, K ., Dynamic encapsulation of Corannulene Molecules into a Single-Walled Carbon Nanotube, Phys. Chem. Chem. Phys., 19: 27704-27715 (2017).

[16] Menon A., Dreyer J.A.H., Martin J.W., Akroyd J., Robertson J., Kraft M., Optical Band Gap of Cross-Linked, Curved, and Radical Polyaromatic Hydrocarbons, Phys. Chem. Chem. Phys., 2: 16240-16251 (2019).

[17] Kasprzak, A., Sakurai, H., Site-Selective Cation–π Interaction as a Way of Selective Recognition of the Caesium Cation Using Sumanene-Functionalized Ferrocenes, Dalton Trans., DOI: 10.1039/C9DT03162F (2019).

[18] Della T.D.; Suresh, C.H., Sumanene: An Efficient π-Bowl for Dihydrogen Storage, Phys. Chem. Chem. Phys.20: 6227-6235 (2018).

[19] 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, M. Caricato, X. Li, H.P. Hratchian, A.F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J.L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J.A. Montgomery, Jr., J.E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J.J. Heyd, E. Brothers, K.N. Kudin, V.N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J.C. Burant, S.S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, J.M. Millam, M. Klene, J.E. Knox, J.B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R.E. Stratmann, O. Yazyev, A.J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J.W. Ochterski, R.L. Martin, K. Morokuma, V.G. Zakrzewski, G.A. Voth, P. Salvador, J.J. Dannenberg, S. Dapprich, A.D. Daniels, Ö. Farkas, J.B. Foresman, J.V. Ortiz, J. Cioslowski, D.J. Fox, Gaussian 09, Revision D.01, Gaussian, Inc.Wallingford CT, Pittsburgh (2009).

[20] Rassolov V.A., Ratner M. A., Pople J. A., Redfern P. C., Curtiss L. A., 6-31G∗ Basis Set for Third-Row Atoms, J. Comp. Chem. 22: 976-984 (2001).

[21] . Becke A.D, A New Mixing of Hartree–Fock and Local Density-Functional Theories, J. Chem. Phys., 98: 5648-5653 (1993).

[22] Stephens P.J., Devlin F.J., Chabalowski C.F., Frisch M. J., Ab Initio Calculation of Vibrational Absorption and Circular Dichroism Spectra Using Density Functional Force Fields, J. Phys. Chem. 98: 11623-11627 (1994).

[23] Kim K., Jordan K. D., Comparison of Density Functional and MP2 Calculations on the Water Monomer and Dimer, J. Phys. Chem. 98: 10089-10094 (1994).

[24] Adamo C., Jacquemin D., The Calculations of Excited-State properties with Time-Dependent Density Functional Theory, Chem. Soc. Rev.42: 845-856 (2013).

[25] Armakovi S., Armakovi S.J., Setrajcic J.P., Hydrogen Storage Properties of Sumanene , Inter. J. Hydrogen Energy. 38: 12190-12198 (2013).

[26] Sakurai H., Daiko T., Sakane H., Amaya T., Hirao T., Structural Elucidation of Sumanene and Generation of Its Benzylic Anions. , J. Am. Chem. Soc. 127: 11580-1 (2005).

[27] Beheshtian J., Kamfiroozi M., Bagheri Z., Ahmadi A., B12N12Nano-Cage as Potential Sensor for NO2 Detection, Chinese. J. Chem. Phys. 25: 60-64 (2012).

[28] Tahmasbi E., Biglari Z., Shakerzadeh E., Theoretical Insight into the Impact of Sumanene Functionalization with BH and NH Groups on its Ozone Addition Features, Vacuum, 136: 82-90 (2017).