Skip to main content
SUPERVISOR
HOSSEIN TAVAKOL,Shadpour Mallakpour
حسین توکل (استاد راهنما) شادپور ملک پور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Fatemeh Heshemi
فاطمه هاشمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Theoritical Study of Adsorption of Water-Soluble Ions by Simple and Doped Carbon Nanotubes and Graphene
In current study, optimized structures of non-covalently interaction of simple and doped graphene were iected. The estimation of the optimized structure in interaction with soluble ions in water was investigated. The modeled graphene includes 66 Carbon and 22 Hydrogen. Investigation over structural parameters, interaction energies in gaseous and PCM phase in water, atomic charges and second-order perturbation energy yielded form NBO calculations, electron density and its laplacian at bond critical points of non-covalent situations analysis was done through DFT and ?B97X-D method. 6-31G basis set was applied for the all atoms. Interaction energies in doped graphene were averagely more favorable in solvent phase in comparison with gaseous phase. AIM calculation results also indicated reasonable electron densities in BCPs on non-covalent interactions and the laplacian of electron density in the same points showed an ionic-like interaction existence. Isosurfaces of non-covalent interaction also depicted brilliant pictures of presence of these surfaces for each complex. Reactivity data showed increase of total hardness and decrease of global softness and decreasion of nuleuphilic species in doped graphene. In the second part of this study, non-covalently interaction of mentioned ions with doped nanotubes including 50 Carbon and 10 Hydrogen atoms was iected over structural parameters, interaction energies in gaseous and solvated (via PCM model) phase in water, atomic charges and second-order perturbation energy yielded form NBO calculations, electron density and its Laplacian at bond critical points of non-covalent situations analysis was done through DFT and ?B97X-D method. 6-31G basis set was applied for the all atoms, too. NBO analysis revealed stronger donor-acceptor transitions in interactions with SiCNT in comparison with other nanotubes. In addition, SO4 had the strongest donor-acceptor transitions in interaction with doped nanotubes. Reactivity data illustrated decrease of chemical potential in doped nanotubes. Moreover, total hardness increased in all nanotubes except SiCNT. Interaction energies in this case were averagely more favorable in gaseous phase in comparison with solvent phase. AIM calculation resulted in considerable electron densities in BCPs on non-covalent interactions. The Laplacian of electron density in most interactions showed non-covalent behavior.
در این پژوهش، ابتدا ساختارهای بهینه شده برهمکنش غیرپیوندی گرافن ساده و دوپه شده مدنظر قرار گرفت. سپس، محاسبه ساختار بهینه ی این گرافن ها در برهمکنش با یون ها بررسی شد. گرافن مدل سازی شده شامل 66 اتم کربن و22 اتم هیدروژن است. بررسی پارامتری، انرژی های برهمکنشی در فاز گاز و محلول آبی توسط مدل PCM، بارهای اتمی و انرژی اغتشاشی مرتبه دوم NBO، آنالیز نقاط بحرانی برهمکنش های غیرپیوندی توسط نظریه تابع چگالی (DFT) و روش ?B97X-D روی آن انجام شد. برای تمامی اتم ها مجموعه پایه 6-31G مورد استفاده قرار گرفت. داده های حاصل از انرژی جذب به طور میانگین مساعد بودن برهمکنش ها در فاز محلول را نسبت به فاز گاز در گرافن های دوپه شده نشان می دهند. با توجه به این داده ها یون آهن و کلسیم به ترتیب قوی ترین و ضعیف ترین انرژی جذب را در فاز آبی دارند. از بین گرافن ها، گرافن دوپه شده با آلومینیم بیش ترین وگرافن دوپه شده با نیتروژن کم ترین انرژی جذب را با یون ها در محلول آبی دارند. از سوی دیگر، داده های NBO حاکی از قوی بودن انتقال دهنده-پذیرنده یون ها به طور میانگین در برهمکنش با گرافن دوپه شده با سیلیسیم است. همچنین محاسبات AIM نیز چگالی الکترونی قابل توجهی در نقاط بحرانی پیوندی در موقعیت بر همکنش غیر پیوندی نشان می دهد و مقادیر لاپلاسین چگالی الکترونی نمایانگر ماهیت غیر پیوندی در اکثر برهمکنش ها می باشد. داده های محاسبات DOS کم ترین تفاوت انرژی را در گرافن های دوپه شده درگرافن دوپه با فسفر نشان می دهد. تفاوت انرژی HOMO-LUMO در گرافن های دوپه شده نسبت به گرافن ساده افزایش یافته است. در نهایت داده های واکنش پذیری نشان از افزایش سختی کل در گرافن های دوپه شده و کاهش نرمی کل و کاهش خصلت هسته دوستی در گرافن های دوپه شده دارد. در قسمت دوم این مطالعه، برهمکنش غیرپیوندی یون های ذکر شده با نانولوله های دوپه شده شامل 50 اتم کربن و10 اتم هیدروژن مورد بررسی پارامترهای ساختاری، انرژی برهمکنش در فاز گاز و محلول آبی توسط مدل PCM، بارهای اتمی و انرژی اغتشاشی مرتبه دوم NBO ، آنالیز نقاط بحرانی برهمکنش های غیرپیوندی توسط نظریه تابع چگالی (DFT) و روش ?B97X-D مورد بررسی قرار گرفتند. در این قسمت نیز از مجموعه پایه 6-31G برای تمامی اتم ها مورد استفاده قرار گرفت. داده های NBO حاکی از قوی بودن انرژی دهنده-پذیرنده یون ها به طور میانگین در برهمکنش با SiCNT نسبت به سایر نانولوله ها دارد همچنین یون سولفات قوی ترین انرژی دهنده –پذیرنده را در برهمکنش با نانولوله های دوپه شده دارد. داده های محاسبات DOS کم ترین تفاوت انرژی را در نانولوله ساده نشان می دهد و تفاوت انرژی HOMO-LUMO در نانولوله های دوپه شده نسبت به نانولوله ساده افزایش یافته است و بررسی داده های واکنش پذیری نشان می دهد که پتانسیل شیمیایی نانولوله های دوپه شده کاهش یافته و سختی شیمیایی در تمام نانولوله ها به غیر از نا نولوله دوپه با سیلیسیم افزایش یافته است. داده های حاصل از انرژی جذب به طور میانگین مساعدتر بودن برهمکنش ها در فاز گاز نسبت به فاز محلول را نشان می دهند همچنین از بین نانولوله های دوپه شده، نانولوله دوپه شده با بور مطلوب ترین برهمکنش ها را در فاز آبی دارد و از بین یون ها، آهن قوی ترین انرژی برهمکنش را در محیط آبی دارد همچنین محاسبات AIM نیز چگالی الکترونی قابل توجهی در نقاط بحرانی پیوندی در موقعیت بر همکنش غیر پیوندی نشان می دهد. مقادیر لاپلاسین چگالی الکترونی نمایانگر ماهیت غیر پیوندی در اکثر برهمکنش ها می باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی