کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n] چیست؟ و بررسی نتایج بدست آمده برای کمپلکس

کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]

شکل 3-1. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,  [CNT-La(H₂O)_n ]…………………………………………….

شکل 3-2. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Eu(H₂O)_n ]…………………………………………….

شکل 3-3. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Lu(H₂O)_n]……………………………………………..

شکل 3-4. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-La(H₂)_n]…………………………………………………

شکل 3-5. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,CNT-Eu(H₂)_n]…………………………………………………..

شکل3-6. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Lu(H₂)_n]…………………………………………………..

شکل 3-7. ساختار بهینه شده نانولوله اولیه (6,0)BC3……………………………………………………………………………….

شکل3-8. ساختار بهینه شده کمپلکس  La(6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتم B₆  شده است

شکل 3-9. ساختار بهینه شده کمپلکسLa (6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتمC₇  شده است

شکل 3-10. ساختار بهینه شده کمپلکس La(6,0)BC3. در این ساختارکاتیون La جایگزین اتم C₈  شده است

شکل 3-11. ساختار بهینه شده نانولوله اولیه BC2N

شکل 3-12. ساختار بهینه شده نانولولهBC2N(6,0)La  در این ساختار اتم La جایگزین اتم N₅  شده است

شکل 3-13. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم  C₆ شده است

شکل 3-14. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La. در این ساختار اتم La جایگزین اتم C₇ شده است

شکل 3-15. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم B₈ شده است

– بررسی نتایج بدست آمده برای کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]……………………………………………………………

4-1-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش کمپلکس[CNT-Ln(H₂O)_n] …………………………………..

4-1-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]…………………………………………………………….

4-1-3- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]………………………..

4-1-4- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]……………………………..

4-2- بررسی نتایج کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n]………………………………….. ……………………………………………………..

4-2-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش برای کمپلکس  [CNT-Ln(H₂)_n]…………………………….

4-2-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس  [ CNT-Ln(H₂)_n]……………………………………………………………..

4-2-3- نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H₂)n]………………………………………

4-2-4- نتایج آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n]……………………………………………………………………..

4-3- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در نانولوله های BC3, BC2N…………………………………………………………..

4-3-1- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC3………………………………………………

4-3-2- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC2N…………………………………………..

منابع

کل ساختارهای بهینه شده کمپلکس ها

ساختارهای بهینه شده کمپلکس های [CNT-Ln(H₂O)_n] و [CNT-Ln(H₂)_n] در شکل های زیرآورده شده است. در این کمپلکس ها Ln شامل کاتیونهای La³⁺,Eu³⁺,Lu³⁺ است و n نشان دهنده تعداد
مولکول­های آب در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n] و تعداد مولکول­های هیدروژن در کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n] است. فاصله­های پیوندی Ln….O و Ln……H₂ برحسب آنگستروم هستند. هم چنین شکل ساختارهای بهینه شده کمپلکس [BC3(6,0)La] و [BC2N(6,0)La] در ادامه گزارش شده، که در این کمپلکس ها کاتیون La³⁺ جایگزین یکی از اتم های کربن، بور و نیتروژن شده است.

نمونه ای از تصویر کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]

بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]

نانولوله­ های کربنی خالص به دلیل وجود اتم­های کربن و هیدروژن آب گریز هستند. لذا می­توان سطح این مواد را با دکره کردن عناصر فلزی فعال کرد. عناصر لانتانیدی دارای کئوردیناسیون بالایی بوده و فعال هستند. در این پایان نامه ابتدا ساختار مولکولی نانولوله بهینه شده و سپس اتم­های لانتانیدی را جذب نانولوله بهینه شده کردیم و در نهایت اثر جذب مولکول آب بر روی نانولوله دکره شده با کاتیونهای لانتانیدی
La³⁺ ,Eu³⁺ ,Lu³⁺ بررسی شده است.

ساختارهای بهینه شده­ی کمپلکس­های CNT-Ln(H₂O)_n=1,2,3 که Ln=La³⁺, Eu³⁺, Lu³⁺ در شکلهای 3-1، 3-2 و 3-3 آورده شده اند. ساختارهای بهینه شده نشان می­دهند که این مواد پس از دکره شدن با عناصر لانتانیدی، همچنان ساختار لوله­ای خود را حفظ می­کنند. در شکل 3-1 ساختارهای بهینه شده کمپلکس [CNT-La(H₂O)_n] نشان می­دهند که با افزایش دو و سه مولکول آب به کمپلکس، فاصله بین O….O به ترتیب برابر 84/3 و 11/4 آنگستروم می­باشد که فاصله بین مولکول­های آب به دلیل دافعه موجود در بین اتم­های اکسیژن افزایش یافته است. هم چنین فاصله پیوندی بین Ln…..O با افزایش تعداد مولکولهای آب کاهش می­یابد.

فاصله و میانگین فاصله پیوندی Ln…O برای کمپلکس­های [CNT-Ln(H₂O)_n] کهLn=La³⁺, Eu³⁺, Lu³⁺ و n=1,2,3، در جدول 3-1، 3-2 و 3-3 گزارش شده است. داده­ها نشان می­دهند، که فاصله پیوندی Ln…O برای Lu³⁺, Eu³⁺, La³⁺ با جذب یک، دو و سه مولکول آب به نانولوله کربنی دکره شده، به ترتیب در محدوده بین 612/2 تا 596/2، 487/2 تا 473/2 و 348/2 تا 346/2 آنگستروم می­باشد.

برای هر n مشخص، فاصله پیوندی به صورت،La³⁺> Eu³⁺> Lu³⁺ است، زیرا با افزایش عدد اتمی از La³⁺ تا Lu³⁺، سختی کاتیونهای لانتانیدی افزایش یافته و در نتیجه طول پیوندی Ln…O کاهش می­یابد. طول پیوندیLu³⁺ در Ln…O کمتر است در نتیجه قدرت برهمکنش نسبت به Eu³⁺ و La³⁺ بیشتر است. میانگین انرژی برهمکنش E_int(average) برای کمپلکس­های [CNT-La(H₂O)]،[CNT-Eu(H₂O)]  و
[CNT-Lu(H₂O)]، دارای مقادیر 5/34-، 5/36- و 1/42- کیلو کالری بر مول است، این داده­ها در جدول
3-4 آورده شده­اند. با افزایش عدد اتمی و سختی کاتیون­های لانتانیدی، انرژی برهمکنش به ترتیب
La³⁺< Eu³⁺< Lu³⁺ افزایش می­یابد. هم­چنین ترتیب انرژی برهمکنش برای جذب دو و سه مولکول آب در نانولوله کربنی به صورت La³⁺< Eu³⁺< Lu³⁺ می­باشد. نتایج بدست آمده­ی­ اثر جذب مولکول آب در نانولوله کربنی دکره شده با عناصر لانتانیدی در توافق با نتایج بدست آمده از مطالعات اثر جذب مولکول آب در سطح نانولوله زیگزاگی (0و5) بورنیترید می­باشد ]51[. انرژی برهمکنش جذب یک مولکول آب درنانولوله بورنیتریدی 71/6- کیلوکالری برمول می­باشد.

با جذب تعداد بیشتری از مولکول­های آب فاصله بین سطح نانولوله بورنیترید با مولکولهای آب کاهش می­یابد و انرژی برهمکنش در جذب سه مولکول آب به 8/27- کیلوکالری بر مول افزایش می­یابد. جذب مولکول آب در نانولوله کربنی دکره شده با عناصر لانتانیدی انرژی برهمکنش بیشتری نسبت به جذب مولکول آب در نانولوله بورنیتریدی دارد. این می­تواند به دلیل کاتیونهای لانتانیدی دکره شده در نانولوله کربنی باشد که دارای بار بیشتری هستند. نمودارهای انرژی برهمکنش بر حسب فاصله پیوندی Ln….O در کمپلکس های [CNT-Ln(H₂O)_n] در شکل 4-1 آورده شده است.

در این نمودارها یک رابطه خطی بین انرژی برهمکنش و فاصله پیوندی Ln….O مشاهده می­شود. در واقع با کاهش فاصله پیوندی Ln….O، انرژی برهمکنش افزایش یافته، که این نشان دهنده قویتر شدن برهمکنش بین مولکول آب و کاتیونهای لانتانیدی است. هم چنین نتایج بدست آمده در توافق با انرژی برهمکنش یک مولکول آب در نانولوله کربنی زیگزاگی (0و10) می­باشد ]52[. با این تفاوت که انرژی برهمکنش بدست آمده درکمپلکس­های [CNT-Ln(H₂O)_n] به دلیل دکره شدن با عناصر لانتانیدی و قطر کمتر نسبت به نانولوله کربنی زیگزاگی (0و10)، افزایش یافته است.

بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]

در این قسمت به بررسی شکاف انرژی و چگالی حالت کمپلکس­ های [CNT-Ln(H₂O)_n] پرداخته می­شود. در این پایان­نامه نانولوله (6,0) انتخاب شده و از نوع زیگزاگی است در نتیجه نیمه رسانا می­باشد. نانولوله­های کربنی خالص ممان دو قطبی صفر دارند. دکره کردن این مواد باعث به هم خوردن حالت تقارن شده و در نتیجه ممان دو قطبی تغییر می­یابد.

در جدول 3-5 مقادیر شکاف انرژی برای کمپلکس­های [CNT-Ln(H₂O)_n] گزارش شده است. محاسبات شامل سه بخش می­شوند، یکی بررسی شکاف انرژی نانولوله کربنی خالص، سپس شکاف انرژی برای نانولوله کربنی دکره شده با عناصر لانتانیدی و در نهایت این بررسی­ها برای جذب یک، و دو و سه مولکول آب در CNT-Ln انجام می­شود.

در نانولوله­های کربنی خالص، مقدار شکاف انرژی برابر 669/0 الکترون ولت و برای CNT-La، برابر با 571/0الکترون ولت می­باشد. در واقع، با دکره کردن نانولوله­های کربنی، شکاف انرژی نسبت به نانولوله خالص کاهش می­یابد. ترتیب افزایش شکاف انرژی برای کاتیونهای لانتانیدی به صورتLu³⁺> Eu³⁺>La³⁺ می­باشد. این یافته­ها نشان می­دهند که هر چه پهنای شکاف انرژی بیشتر باشد الکترونها نمی­توانند به راحتی از نوار ظرفیت (HOMO) وارد نوار رسانایی (LUMO) شوند و در نتیجه دکره کردن نانولوله باعث کاهش رسانایی آن
می­شود. در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n] برای یک مولکول آب شکاف انرژی از La³⁺ تا Lu³⁺ کاهش
می­یابد. برای دو و سه مولکول آب نیز در کمپلکس­های [CNT-Ln(H₂O)₂] و [CNT-Ln(H₂O)₃] از La³⁺ تا Lu³⁺ همین روند مشاهده می­شود. نتایج بدست آمده در این تحقیق با نانولوله بورنیتریدی که شکاف انرژی 81/3 الکترون ولت دارد و جذب مولکولهای آب باعث افزایش شکاف انرژی نسبت به نانولوله اولیه شده در نتیجه رسانایی کاهش می­یابد در توافق است ]51[.

هم چنین داده­های تئوری بدست آمده در این تحقیق با نتایج تجربی بدست آمده در هدایت الکتریکی نانولوله­های کربنی تک دیواره  با جذب مولکول­های آب مطابقت دارد ]53 و54[. شکل 4-2 اوربیتال­های HOMO و LUMO در کمپلکس [CNT-La(H₂O)] را نشان می­دهد. اوربیتال HOMO، بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده است و برای حمله الکتروفیلی مناسب می­باشد. اوربیتال LUMO پایین­ترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده، که در واقع برای حمله نوکلئوفیلی مساعد است.

جهت مشاهده نمونه های دیگر از ادبیات ، پیشینه تحقیق و مبانی نظری پایان نامه های شیمی کلیک کنید.

نمونه ای از منابع

• [1] J.C. Slater. Introduction to chemical physics. Osmania University, New York and London, 1939.
• [2] K. Duncan and G.Zenner.Cutting it down to nano. University of wisconsin-Madison, United States of America, 2001.
• [3] J. Gribbin, M.Gribbin, R.Feynman. A life in science. Dutton, New York, Penguin Books, 1997.
• [4] E. Drexler. The promise that launched the field of nanotechnology. Metamodern: The Trajectoryof Technology, New York, 2009.
• [5] M. S. Dresselhaus and G. P. Dresselhaus. Science of fullerenes and carbon nanotubes. Elsevier Science, 1996, 5, 985-988.
• [6] K. Geim and K.S. Voselov. The rise of graphene. Nature Material, 2007, 6, 183–191.
• [7] S.P. Poptani and G.V. Patil. Carbon nanotubes: an approch to novel drug delivery system. International Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 2012, 3(2), 329-339.
• [8] P. Crossley. Graphite high-tech supply sharpens up. Industrial Minerals, 2000, 31-43.
• [9] R.C. Fort and D. Marcelr. The chemistry of diamond molecules. Adamantane. New York, 1976.
• [10] P. J. F. Harris. Fullerene-related structure of commercial glassy carbons. Philosophical Magazine, 2004, 84, 3159-3167.
• [11] P. Maurizio. Fullerene chemistry for materials science applications. Journal of Materials Chemistry, 1997, 7(7), 1097–1109.
• [12] A. K. Geim and K. S. Novoselov. The rise of grapheme. Nature Materials. 2007, 6, 183-191.
• [13] M. H. Alai, S. P. Poptani, G.V. Patil. Carbon nanotubes: an appoach to novel drug delivery system. International Journal of Moderring Engineering Research, 2012; 3(2), 329-339.
• [14] C. Dekker. Carbon nanotubes as molecular quantum wires. Physics Today, 1999, 52(5), 22–28.
• [15] A. Stein. Fitting guide for rigid and soft contact lenses: a practical approach. St. Louis: Mosby, 2002, 16. 465-499.
• [16] N. Saifuddin and A. Z. Raziah. Carbon nanotubes: a review on structure and their interaction with proteins. Journal of Chemistry, 2012, Article ID 676815, 18 pages.
• [17] B. Mahar and C. Laslau. Development of carbon nanotube-based sensors—a review. Ieee Sensors Journal, 2007, 7, 266-284.
• [18] D. Hongjie. Carbon nanotubes: synthesis, integration and properties. Accounts of Chemical Research, 2002, 35, 1035-1044.
• [19] D. Qian, J. Wagner, W. Liu. Mechanics of carbon nanotubes. Applied Mechanics Reviews, 2002, 55, 495-533.
• [20] M. H. Alai, S. P. Poptani, G.V. Patil. Carbon nanotubes: an approach to novel drug delivery system. International Journal of Moderring Engineering Research, 2012, 3(2), 329-339.
• 21-…
• 22-…