در این پایان نامه مطالعه¬ی نظری کمپلکس¬های مختلف گازهای نجیب مورد بررسی قرار گرفته است. ماهیت برهمکنش¬های بین مولکولی نظیر پیوند لیتیومی و هالوژنی در کمپلکس¬های hxey…lix (y=h، cn، nc و x=h، cn، nc، oh، nh2، ch3) و کمپلکس¬هایcnxehal…ncz (hal=cl، br و z=h، f، cn، oh، ch3، och3، nh2) و همچنین برهمکنش¬های فلزی در کمپلکس¬های xkrm…ncy (x=f، cl، br و m=cu، ag، au وy=h، f، (cl مورد مطالعه قرار گرفته است. محاسبات شیمی کوانتمی در سطح نظریه تابعیت چگالی(dft) و نظریه اختلال مولر-پلست(mp2) انجام شده است. برای درک بهتر ساختار الکترونی این کمپلکسها، طول¬های پیوندی، انرژی¬های پیوندی، فرکانس¬های ارتعاشی و آنالیز نظری اتمها در مولکول (qtaim) بررسی گردیده¬اند. برای آنالیز ماهیت برهمکنش¬ها و بدست آوردن درصد اجزای انرژی برهمکنش از برنامه¬ی gamess استفاده شده است. نتایج qtaim نشان می دهد که پیوند¬های لیتیومی y…li و هالوژنیhal…n دارای ماهیت الکتروستاتیکی می¬باشند ولی برای پیوند فلزی m…n برهمکنش از نوع کوالانسی ضعیف می¬باشد.

در این پایان نامه، قدرت و ماهیت انواع مختلف برهمکنش¬های هالوژنی در فازهای جامد و گازی با استفاده از روش¬های شیمی کوانتمی بررسی می¬شود. با استفاده از دو روش¬ محاسباتی mp2 و dft ابتدا ساختارهای مربوطه بهینه سازی شده و سپس انرژی¬های برهمکنش بین مولکولی برای کمپلکس¬های مربوطه محاسبه شده است. مطالعه¬ی نظری بر روی برهمکنش بین مولکولی هالوژن...هالوژن در ساختارهای بلورین دی هالومتان(x=cl, br, i) ch2x2 نشان می¬دهد که در این برهمکنش¬ها انرژی پراکندگی سهم بیشتری در پایدارسازی کمپلکس¬ها دارد و سهم انرژی الکترواستاتیکی و القائی کمتر است. نتایج به دست آمده از کمپلکس¬های تریمری ncx...ncx...xch3 که x=cl, br)) و o2s(se)...ncx...ch3 که x=f, cl, br, i)) و f2s...ncx...ncy که y=h, f, oh) وx=f, cl, br, i ) می¬رساند که اثرات هم افزایی بین هر دو برهمکنش باعث کوتاه شدن فاصله¬ی برهمکنش در کمپلکس¬های تریمری نسبت به کمپلکس¬های دیمری می¬گردد. همچنین مقادیر منفی انرژی هم افزایی نشان دهنده¬ی یک اثر هم افزایی مثبت بین برهمکنش¬ها می¬باشد. نتایج ما نشان می¬دهد که انرژی الکترواستاتیکی نقش مهمی در اثرات هم افزایی برهمکنش¬های هالوژنی را بازی می¬کند.

در این پایان نامه، ساختار و انرژی¬های برهمکنش پیوندهای هیدروژنی و لیتیمی در کمپلکس¬های حلقوی(hcn)n=3-8 و (licn)n=3-8 مقایسه می¬شوند. محاسبات شیمی کوانتومی این کمپلکس¬ها با دو روش محاسباتی mp2 و b3lyp با مجموعه پایه¬ی¬ 6-311++g**صورت می¬گیرد. اثرات هم¬افزایی در کمپلکس¬هایncli-ncli-c2x2 و cnli-cnli-c2x2 که x= h, f, cl, br, ch3, oh, och3 نیز بررسی می¬گردد. در این کمپلکس¬ها، طول¬های پیوندی، انرژی¬های پیوندی و آنالیز اتم¬ها در مولکول (aim) و آنالیز تجزیه انرژی (eda) مطالعه می¬شود. نتایج حاصل از محاسبات، نشان می¬دهد که اثرات هم¬افزایی قابل توجهی در این کمپلکس¬ها وجود دارد و با افزایش قدرت الکترون دهندگی استخلاف x، این اثرات نیز مهم¬تر می¬شوند. پارامترهای ساختاری و انرژی¬ برهمکنش¬های هیدروژنی، هالوژنی و لیتیمی در کمپلکس¬های خطیxcn-hcn-ycn که x=h, f, nc; y = h, li, f, cl, br, i نیز مورد بررسی قرار می¬گیرد. نتایج qtaim وeda می¬رساند که ماهیت این برهمکنش¬ها از نوع الکترواستاتیکی بوده و با افزایش عدد اتمی هالوژن، انرژی برهمکنش هالوژنی افزایش می¬یابد.

در این پایان نامه، به بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله¬های کربنی(cnt) و نانولوله¬های bc3،bc2n پرداخته شده است. همچنین اثر کاتیونهای لانتانیدی (la3,eu3,lu3) دکره شده در فرآیند جذب h2o و h2در کمپلکس¬های [cnt-ln(h2o)n] و [cnt-ln(h2)n] بررسی گردیده است. محاسبات شیمی کوانتومی در سطح نظریه تابعیت چگالی، برای این کمپلکس¬ها با استفاده از روش محاسباتی b3lyp و از مجموعه پایه ecp/7s 6p 5d برای اتمهای لانتانیدی و هم چنین از مجموعه پایه 6-31g* برای سایر اتم¬ها انجام شده است. انرژی برهمکنش، آنالیز اتم¬ها در مولکولها(aim) و آنالیز اوربیتال¬های طبیعی پیوندی (nbo) در کمپلکس¬های [cnt-ln(h2o)n] و [cnt-ln(h2)n] مطالعه شده¬اند. با جایگزین کردن کاتیون لانتانیوم در کمپلکسهای [bc3-la] و [bc2n-la] نتایج محاسبات نشان داد که شکاف انرژی نسبت به نانولوله اولیه تغییر یافته و به ترتیب باعث کاهش و افزایش رسانایی در این کمپلکس¬ها شده است. کلمات کلیدی: نانولوله، ذخیره سازی هیدروژن، ساختارالکترونی، نانولوله bc3

برای سنتز نانوصفحات گرافن و گرافن اکسید از روش الکتروشیمیایی با مراحل زیر عملیات ساخت انجام گرفت. ctab در بین لایه های گرافیتی قرار گرفته و به دنبال آن ورقه ای شدن میله گرافیتی شروع شد. این فرایند های الکتروشیمیایی منجر به سوسپانسیون پایداری از go/ctab شد. از نانوصفحات گرافن اکسید به عنوان یک پیش ماده استفاده شده و در پتانسیل های کاتدی (در پتانسیل 5/1- ولت) به وسیله تکنیک ولتامتری چرخه ای و کرنوآمپرومتری به طور کامل احیا شد. سوسپانسیون go/ctab و rgo (گرافن اکسیدی که به طور الکتروشیمیایی احیا شده) با سوسپانسیون پایدارگرافن/sds به وسیله تکنیک های الکتروشیمیایی و اسپکتروسکوپی مقایسه شدند. به خصوص طیف ft-ir هم حضور انواع گروه های اکسیژن دار بر روی سطح گرافیت را تأیید می کندکه در اثر اکسیداسیون الکتروشیمیایی پدید آمده است. سر انجام سنتز ساده کامپوزیت go/ctab که هم کم هزینه و کارایی بالایی برای واکنش احیای اکسیژن دارد، می تواند به عنوان راهبردی امیدوارکننده برای سنتز انواع کامپوزیت سورفاکتانت های کاتیونی /go باشد.

در این کار، ما کاتالیست pt-sn/graphene را برای اکسیداسیون اتانول در محیط اسیدی، گزارش کرده ایم. گرافن، با استفاده از محلول مایع یونی و لایه برداری الکتروشیمیایی الکترودهای گرافیت سنتز شد. سپس کاتالیست های pt-sn بر پایه گرافن به وسیله اتیلن گلیکول، که به عنوان عامل تثبیت کننده استفاده می شود، احیا شدند تا نانو ذرات ptsn با پخش شدگی بالا بر روی صفحات گرافن تهیه شوند و در اکسیداسیون اتانول در پیل های سوختی اتانولی مستقیم (defc) استفاده شوند. پراش اشعه ایکس و تکنیک میکروسکوپ الکترونی روبشی، به ترتیب برای بررسی اندازه کریستال ها و مورفولوژی سطح به کار رفته اند. خصوصیات الکتروشیمیایی کاتالیست های pt/graphene، pt-sn/graphene و sn/graphene به وسیله ولتامتری چرخه ای (cv) در محیط نیتروژن استاندارد و محلول سولفوریک اسید و مخلوط محلول سولفوریک اسید و اتانول انجام گرفت. فعالیت کاتالیستی الکترودهای pt-sn/graphene، pt/graphene و sn/graphene برای اکسیداسیون اتانول به ترتیب magpt-163، magpt-1 30 و magpt-10 است، که نشان دهنده خصوصیات ویژه آلیاژ ptsn و پایه گرافن لایه لایه است و اثر هم افزایی خوبی یه همراه دارد. به علاوه ptsn/graphene حساسیت و پایداری بهتری نسبت به pt/graphene نشان می دهد.

از آنجایی که واکنش احیا اکسیژن در پیل های سوختی دارای سینتیک کند می باشد و تاکنون الکترودهای نفوذی گازی تجاری بر پایه پلاتین و هزینه های بالاکمتر توسعه یافته است، بنابراین امروزه تحقیقات گسترده ای پیرامون توسعه الکتروکاتالیستهای غیر پلاتینی، ارزان قیمت و مقاوم جهت واکنش احیاء اکسیژن در انواع پیل های سوختی و باتریهای فلز-هوا صورت گرفته است. یکی از کاتالیست های ارزان قیمت آلوتروپ های کربن می باشد که به عنوان پایه کاتالیستی استفاده شده است. اما با کشف گرافن، نه تنها به عنوان پایه بلکه به عنوان الکتروکاتالیست نیز استفاده می شود. امروزه از دوپه کننده های مختلف بر روی آن در واکنشهای مختلف استفاده شده است. در این کار، ما به دنبال دوپه کردن گرافن به وسیله هالوژن ها می باشیم تا در غیاب فلزات گران قیمت آنها را در واکنش احیا اکسیژن به عنوان الکتروکاتالیست بررسی کنیم.

از آنجایی که اکسیداسیون اتانول به دلیل استفاده بالقوه به عنوان یک منبع تجدید پذیر و همچنین دارای مزیتهای از قبیل ارزان قیمت ، قابل دسترس و ذخیره در پیل های سوختی می باشد و تاکنون الکترودهای نفوذی گازی تجاری بر پایه پلاتین و هزینه های بالاکمتر توسعه یافته است، بنابراین امروزه تحقیقات گسترده ای پیرامون توسعه الکتروکاتالیستهای غیر پلاتینی، ارزان قیمت و مقاوم جهت واکنش اکسیداسیون اتانول در انواع پیل های سوختی و باتریهای فلز-هوا صورت گرفته است یکی از کاتالیست های ارزان قیمت آلوتروپ های کربن می باشد که به عنوان پایه کاتالیستی استفاده شده است اما با کشف گرافن، نه تنها به عنوان پایه بلکه به عنوان الکتروکاتالیست نیز استفاده می شود. امروزه از دوپه کننده های مختلف?بر روی آن در واکنشهای مختلف استفاده شده است. همچنین استفاده از آلیاژ باعث مقاومت خوردگی در محیط بازی می شود در این کار، ما به دنبال دوپه کردن گرافن با استفاده از نیتروژن و دکوراسیون آن به وسیله ی آلیاژ نانو ذرات نیکل-کبالت می باشیم تا در غیاب فلزات گران قیمت آنها را در واکنش اکسیداسیون اتانول به عنوان الکتروکاتالیست بررسی کنیم.