بررسی ساختار، پایداری و خواص الکترونی ترکیبات نانومتری استخلاف شده پلی‏هدرال الیگومریک سیلسس‏کیوکسان (t8- poss)

در این پایان‏نامه تأثیر چندین گروه استخلافی بر روی مشخصات ساختاری، ژئومتریکی و خواص الکترونی قفس سیلسس‏کیوکسان به فرمول (rsio1.5)8 مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. میزان پایداری و واکنش‏پذیری ترکیبات سیلسس‏کیوکسان به نوع گروه آلی متصل به آن بستگی دارد. با توجه به داده‏های به دست آمده، ترکیب (ch2nh2)8(sio1.5)8یکی از مواردی است که از پایداری کمتری برخوردار می‏باشد؛ از این‏رو برای محاسبات ذخیره‏سازی هیدروژن انتخاب گردید. در این تحقیق و پژوهش، خواص پیوند مولکول‏های هیدروژن به کمپلکس آلی فلزی که متصل به نانوذره‏ی سیلسس‏کیوکسان است مطالعه شده است. نانوذره‏ی سیلسس‏کیوکسان یک ماتریس پایدار و قابل انعطاف برای کمپلکس آلی فلزی sc–c5h5 می‏باشد، که از تراکم و در هم پیچیدن این کمپلکس جلوگیری می‏کند. کمپلکس آلی فلزی sc–c5h5 با داشتن چنین بستر مناسبی، قادر به ذخیره‏ی هیدروژن با درصد مناسب می‏باشد. همچنین با توجه به مقادیر انرژی پیوندی هیدروژن، پیوند‏های ایجاد شده از نظر شرایط ترمودینامیکی و سینتیکی ایده‏ال می‏باشند. براساس قانون هجده الکترونی ترکیب (sc–c5h4)(ch2nh2)7(sio1.5)8 قادر به ذخیره‏ی پنج مولکول هیدروژن است. در صورتیکه محاسبات بهینه‏سازی، حداکثر تعداد مولکول هیدروژن جذب شده را چهار نشان می‏دهد. میانگین انرژی پیوندی و ماکزیمم دانسیته‏ی ذخیره‏سازی برای ترکیب (sc–c5h4)(ch2nh2)7(sio1.5)8 به ترتیب ev 9814/0 و %1/1 می‏باشد. از آنجا که سیلسس‏کیوکسان دارای هشت موقعیت استخلافی است، با جاگیری شش کمپلکس sc–c5h5 بر روی قفس سیلسس‏کیوکسان، ترکیب (sc–c5h4)6(ch2nh2)2(sio1.5)8 با جذب حداکثر بیست و چهار مولکول هیدروژن دارای دانسیته‏ی ذخیره‏سازی %1/4 خواهد بود. بنابراین ترکیب فوق، ترکیبی مساعد برای ذخیره‏سازی هیدروژن است. برای تأیید نتایج حاصل از محاسبات بهینه‏سازی، از محاسبات اتم در مولکول استفاده گردید. وجود نقاط بحرانی در فاصله‏ی بین مولکول‏های هیدروژن و اتم اسکاندیم که در گراف‏های مولکولی به دست آمده از نرم‏افزار اتم در مولکول مشخص است، وجود برهم‏کنش بین مولکول‏های هیدروژن و ترکیب مورد نظر را ثابت می‏کند. محاسبات اتم در مولکول به بررسی چگالی الکترونی و مشتق دوم چگالی الکترونی در برهم‏کنش بین مولکول‏های هیدروژن و اتم اسکاندیم می‏پردازد. بیشتر بودن مشتق دوم چگالی الکترونی در این پیوندها نشان از قوی‏تر بودن برهم‏کنش دارد. مشتق دوم چگالی الکترونی در پیوند مولکول h2 پنجم با اسکاندیم نسبت به بقیه‏ی موارد کمتر می‏باشد. بررسی چگالی الکترونی و مشتق دوم چگالی الکترونی حاکی از ضعیف بودن پیوند بین مولکول h2 پنجم و اتم اسکاندیم است. بنابراین محاسبات اتم در مولکول جذب حداکثر چهار مولکول هیدروژن به هر کمپلکس sc-c5h5 متصل به قفس سیلسس‏کیوکسان را تأیید می‏نماید.