بررسی محاسباتی خواص الکترونی و پایداری فولرن های سیلیسیم و بور

در این پایان نامه پایداری فولرن های سیلیسیم و بور بررسی شد. کلیه محاسبات با استفاده از روشdft با تقریبgga در سطوح (d) pbepbe/6-31g و lanl2dz برای فلزات واسطه انجام شد. کپسوله سازی فلز و هیدروژن دار کردن به عنوان دو روش جهت بررسی پایداری فولرن ها مورد استفاده قرار گرفته شد. برای بررسی تاثیر اندازه فلز کپسوله شده بر روی پایداری و خواص ساختاری و الکترونی فولرن ها، فلزات دو ردیف اول جدول تناوبی و چهار فلز واسطه اسکاندیم، کبالت، مس و روی در فولرن si40 قرار داده شدند. جهت بررسی اثر اندازه فولرن در فرایند کپسوله سازی فلزات و میزان پایداری حاصل، فلز واسطه روی، در فولرن های si20، si30 و si60 قرار گرفت و در نهایت برای قضاوت در مورد نوع روش پایدارسازی فولرن ها، فولرن های si20-si60 هیدروژن دار شدند. نتایج نشان داد که رابطه منظمی بین اندازه فلز و میزان تغییر در پایداری فولرن si40 وجود ندارد. از سوی دیگر از آنجا که بیشترین افزایش در مقدار شکاف انرژی فولرن si40 ضمن کپسوله سازی فلز برلیم حاصل می شود که از نظر مقدار انرژی های جذب و اتصال نیز مطلوب می باشد، بنابراین می توان فلز برلیم را مناسب ترین عنصر جهت کپسوله سازی در فولرن si40 دانست. مطالعه پایداری حاصل از به دام افتادن فلز روی، در فولرن هایی با اندازه های مختلف نشان می دهد که استفاده از این روش برای فولرن های کوچک با توجه به ایجاد پایداری و برهم کنش بیشتر فلز-فولرن، مناسب تر است. مقایسه پایداری حاصل از دو روش کپسوله سازی فلزات و هیدروژن دار کردن فولرن ها نشان می دهد که روش هیدروژن دار کردن در این زمینه به مراتب موفق تر است. از آنجا که علت ناپایداری فولرن های بور را در وجود اوربیتال خالی و کمبود الکترون در عنصر سازنده می دانند لذا در بخش دوم، فلز واسطه روی، با توجه به آرایش الکترونی d10s2 جهت کپسوله شدن در این نوع فولرن مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که بیشترین افزایش در پایداری، ضمن به دام افتادن فلز روی، در فولرن b30 صورت گرفته است. در بخش سوم با توجه به خطرات گاز اوزون، جذب این گاز آلاینده بر فولرن b80 مورد مطالعه قرار گرفت. برای جذب اوزون بر روی این ساختار قفسی، شش موقعیت جذب در نظر گرفته شد. سپس نمودار انرژی پتانسیل برای هر موقعیت رسم و با پتانسیل مورس، لنارد جونز و مورس تصحیح شده برازش شد. در فاصله تعادلی، هندسه سیستم مورد بررسی و بهینه گردید. ساختار با کمترین انرژی اتصال، بهترین موقعیت جذب اوزون بر روی فولرن را بیان می کند. نتایج کلی نشان داد که گاز آلاینده طی جذبی شیمیایی روی فولرن قرار می گیرد. جهت انتقال بار از فولرن به سمت گاز می باشد و پارامتر های ساختار الکترونی فولرن-گاز نسبت به حالت آزاد فولرن تغییر کرده، به عنوان نمونه شکاف انرژی به شدت کاهش یافته است. در ادامه برای بهبود جذب گاز آلاینده بر روی فولرن، از اثر کپسوله سازی فلز برلیم در فولرن استفاده شد. شکاف انرژی فولرن –برلیم – گاز نسبت به فولرن – برلیم و نیز فولرن-گاز کاهش یافته است، در نتیجه واکنش پذیری بیشتر شده است. انرژی جذب اوزون بر روی فولرن - فلز نسبت به فولرن، بیشتر و در نتیجه قدرت جذب گاز بر روی فولرن در حضور برلیم افزایش پیدا می کند.