نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

مطالعه نظری اثرهای کرنش بر فاکتور آروماتیسیته نانولوله های تک دیواره بورنیترید زیگزاگ

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
ستوده باقری
حمیدرضا مسعودی
احسان بحرینی نژاد
گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه ولی عصر (عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران
چکیده
در این پژوهش، اثرهای آروماتیسیته بر ویژگی ­های الکترونی نانولوله­ های تک دیواره بورنیترید زیگزاگ در طی کرنش مورد بررسی قرار گرفته است. ساختارها در سطح B3LYP/6-31+G(d)  بهینه­ سازی شده ­اند. در طی فرایند کرنش، اتم­های بورو نیتروژن در دو لایه انتهایی نانولوله ثابت نگه داشته شده و بقیه لایه ­ها در طی محاسبه­ های بهینه­ سازی شده ­اند. مقدارهای مربوط به شکاف نوار، انرژی­های اتصال، پتانسیل شیمیایی الکترونی، سختی شیمیایی و فاکتور الکترون­دوستی محاسبه شده است. پوشیدگی شیمیایی مستقل از هسته NICS(1)))، مدل نوسانگر هماهنگ آروماتیسیته (HOMA)، مدل نوسانگر هماهنگ استقرار نیافتگی الکترون (HOMED) و شاخص استقرار نیافتگی الکترون­ها در موقعیت پارا (PDI) به منظور سنجش آروماتیسیته بررسی شده اند. نتیجه­ ها نشان می­ دهد که شاخص HOMED برای تعیین آروماتیسیته نانولوله­ های تک دیواره زیگزاگ بورنیترید مناسب می­ باشد. همچنین دیده می­ شود که آروماتیسیته این نانولوله­ها با افزایش کرنش کاهش می­ یابد. یک همبستگی وارونه بین آروماتیسیته و رسانایی نانولوله­ ها در طی فرایند کرنش نیز یافت می شود.
کلیدواژه‌ها
آروماتیسیته
نانولوله بورنیترید
HOMA
HOMED
NICS(1)
PDI

موضوعات

[1] Schleyer P.V.R., Introduction:  Aromaticity, Chem. Rev, 101(5): 1115-1118 (2001).
[2] Schleyer P.V.R., Jiao H., What is Aromaticity?, Pure Appl. Chem, 68(2): 209-218 (1996).
[3] Katritzky A.R., Barczyn´ski B., Musumurra G., Pisano D., Szafran M., Aromaticity as a Quantitative Concept. 1. A Statistical Demonstration of the Orthogonality of Classical and Magnetic Aromaticity in Five- and Six-Membered Heterocycles, J. Am. Chem. Soc., 111(1): 7–15 (1989).
[4] Krygowski T.M., Ciesielski A., Bird C.W., Kotschy A., Aromatic Character of the Benzene Ring Present in Various Topological Environments in Benzenoid Hydrocarbons. Nonequivalence of Indices of Aromaticity, J. Chem. Inf. Comput. Sci., 35(2): 203-210 (1995).  
[5] Jug K., Koester A., Aromaticity as a Multi-Dimensional Phenomenon, J. Phys. Org. Chem., 4(3): 163–169 (1991).
[6] Katritzky A.R., Karelson M., Sild S., Krygowski T.M., Jug K., Aromaticity as a Quantitative Concept. 7. Aromaticity Reaffirmed as a Multidimensional Characteristic, J. Org. Chem., 63(15): 5228–5231 (1998).
[7] Poater J., Duran M., Sola M., Silvi B., Theoretical Evaluation of Electron Delocalization in Aromatic Molecules by Means of Atoms in Molecules (AIM) and Electron Localization Function (ELF) Topological Approaches, Chem. Rev, 105(10): 3911-3947 (2005).
[8] Jug K., Koster A.M., Aromaticity as a Multi Dimensional Phenomenon, J. Phys. Org. Chem, 4(3): 163-169 (1991).
[9] Orozco M., Luque F.J., Theoretical Methods for the Description for the Solvent Effect in Biomolecular Systems, Chem. Rev, 100(11): 4187-4226 (2000).
[10] Kruszewski J., krygowski T.M., Harmonic Oscillator Approach to the Definition of Aromaticity, Bull. Pol. Acad. Sci. Chem, 20: 907-915 (1972).
[11] Krygowski T.M., Crystallographic Studies of Inter- and Intramolecular Interactions Reflected in Aromatic Character of π-Electron Systems, J. Chem. Inf. Comput. Sci., 33(1): 70–78 (1993).
[12] Raczyñska E.D., Hallman M., Kolczyñska K., Stêpniewski T.M., On the Harmonic Oscillator Model of Electron Delocalization (HOMED) Index and Its Application to Heteroatomic π-Electron Systems, Symmetry, 2(3):1485-1509 (2010).
[13] Bühl M., Wüllen C.V., Computational Evidence for a New C84 Isomer, Chem. Phys. Lett., 247(1-2): 63-68 (1995),
[14] Bader R.F.W., Laidig K.E., Streitwieser A., Speers P., Electron Delocalization and the Fermi Hole, J. Am. Chem. Soc., 118(21): 4959-4965 (1996).
[15] Poater J., Fradera X., Duran M., Sola M., The Delocalization Index as an Electronic Aromaticity Criterion: Application to a Series of Planar Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Chem. Eur. J., 9(2): 400–406 (2003).
[16 ]ارشدی، ستار؛ دیده بان، خدیجه؛ رستمی پایین افراکتی، معصومه، نانومخروط بور نیتریدی BNNC جایگزین شده با جایگاه فعال شبه کلروفیل: حسگری گزینش پذیر برای گاز اکسیژن، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1)36: 157 تا 143 (1396).
[17] وصالی، اسماعیل ؛ امیرزاده؛ زهرا ، دیده بان، خدیجه، مطالعه برهمکنش منوترپن‌های خطی با نانو ذره بورنیترید (B12N12) ، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 11 تا 19 (1395).
[18] Ghasemi A.S., Binaeian E., Tayebi H., Modanlou-Jouybari Y., CO2 Adsorption on the Surface and open Ended of Single Wall Carbon Nanotubes (SWCNTs): A Comparative Study , Int. J. Nano Dimens., 7(3): 247-253 (2016).
[19] Masoodi H.R., Ebrahimi A., Bagheri S., The Influence of Cations and Anions on some Structural and Electronic Properties of Single-Walled Zigzag Boron Nitride and Aluminum Nitride Nanotubes: a Computational Study, Struct Chem, 26(4): 1013-1024 (2015).
[20] Najafpour J., Modulating Band Gap and HOCO/LUCO Energy of Boron-Nitride Nanotubes under a Uniform External Electric Field, Iran. J. Chem. Chem. Eng. (IJCCE), 36(6): 93-106 (2017).
[21] Roohi H., Bagheri S., Effect of Axial Strain on Structural and Electronic Properties of Zig-Zag Type of Boron Nitride Nanotube (BNNT): a Quantum Chemical Study, Struct Chem, 24(2): 409–420 (2013).
[22] Lukovits I., Kármán F.H., Nagy P.M., Kálmán E., Aromaticity of Carbon Nanotubes, Croat. Chem. Acta, 80(2): 233–237 (2007).
[23] بلبل امیری، محدثه؛ ارشدی، ستار؛ عزیزی، زهرا ، بررسی برهم کنش گاز خردل بر روی نانولوله­های آلومینیوم نیترید زیگزاگ (4،0)، (5،0) و (6،0)، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)33: 31 تا 41 (1393).
[24] Boshra A., Dehshiri M.M., Seif A., Jafari R., Effect of Nanotube Length on the Aromaticity and CSI Parameters of Finite Length Single-Wall Zigzag and Armchair Boron Nitride Nanotubes, J Mol Struc-Theochem, 906(1-3): 63–67 )2009(.
[25] Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J.A., Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N., Millam N.J., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A. J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J. W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas Ö., Foresman J.B.,Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J., Gaussian 09, Revision A.02 (GAUSSIAN, Inc,Wallingford CT)) (2009).
[26] Bader R.F.W., “Atoms in Molecules: a Quantum Theory”, Oxford University Press, Oxford  (1990).
[27] Biegler König F.W., Schönbohm D., Update of the AIM2000-Program for Atoms in Molecules, J. Comput. Chem, 23(15):1489-1494) 2002(.
[28] London F., Quantum Theory of Interatomic Currents in Aromatic Compounds, J Phys Rad, 8(10): 397-409 )1937(.‏
[29] Madura I.D., Krygowski T.M., C'yrahski M.K., Structural Aspects of the Aromaticity of Cyclic п-Electron Systems with BN Bonds, Tetrahedron, 54(49): 14913-14918 (1998).
[30] Foroutan-Nejad C., Inter-Atomic Magnetizability: A QTAIM-Based Approach Toward Deciphering Magnetic Aromaticity. J. Phys. Chem. A, 115(45): 12555-12560 (2011).
[31] Badri Z., Pathak S., Fliegl H., Rashidi-Ranjbar P., Bast R., Marek R., Foroutan-Nejad C., Ruud K., All-Metal Aromaticity: Revisiting the Ring Current Model Among Transition Metal Clusters, J. Chem. Theory Comput., 9(11): 4789-4796 (2013).
[32] Foroutan-Nejad C., Is NICS a Reliable Aromaticity Index for Transition Metal Clusters? Theor. Chem. Acc., 134(8): 1-9 (2015).
[33] Badri Z., Foroutan-Nejad C., Unification of Ground-State Aromaticity Criteria–Structure, Electron Delocalization, and Energy– in the Light of the Quantum Chemical Topology. Phys. Chem. Chem. Phys., 18(17): 11693-11699 (2016).
[34] Zhao L., Grande-Aztatzi R., Foroutan-Nejad C., Ugalde J.M., Frenking G., Aromaticity, the Huckel 4n + 2 Rule and Magnetic Current, Chemistry Select, 2(3): 863-870 (2017).
 [35] Mulliken R.S., A New Electroaffinity Scale; Together with Data on Valence States and
on Valence Ionization Potentials and Electron Affinities, J. Chem. Phys, 2(11): 782–793 (1934).
[36] Parr R.G., Donnelly R.A., Levy M., Palke W.E., Electronegativity: the Density Functional Viewpoint, J. Chem. Phys, 68(8): 3801-3807 (1978).
[37] Parr R.G., Szentpàly L.v., Liu S., Electrophilicity Index, J. Am. Chem. Soc, 121(9): 1922-1924 (1999).
[38] Domingo L.R., Aurell M., Contreras M., Perez P., Quantitative Characterization of the Local Electrophilicity of Organic Molecules Understanding the Regioselectivity on Diels-Alder Reactions, J.Phys.Chem. A, 106(29): 6871-6875 (2002).