خواص ساختاری و الکترونی برخی مایعات یونی و نانولوله های کربنی عامل دار شده با مایعات یونی: یک مطالعه شیمی کوانتومی

پیوند های هیدروژنی قوی بین کاتیون و آنیون در مایع یونی متیل ایمیدازولیوم دی سیانامید [-mim+][n(cn)2] با روش های mp2، b3lyp، m052x و m062x و با مجموعه پایه g(2d,2p)++6-311 بررسی شدند. با پنج جایگاه اتصال بر روی حلقه ایمیدازولیوم، پنج جفت یون a-e بر سطوح انرژی پتانسیل حاصل شدند. انرژی اتصال، انرژی آزاد گیبس و آنتالپی تشکیل، خواص ساختاری، حجمی (چگالی، گرانروی، هدایت و ظرفیت گرمایی) و مکان شناسی و ثابت های کوپلاژ اسپین-اسپین یک و دو پیوندی (ssccs) محاسبه شدند. نتایج نشان داد که انرژی اتصال جفت یون ها با قطبیت حلال کاهش می یابد. تحلیل بار با استفاده از تحلیل اوربیتال پیوند طبیعی (nbo) انجام گرفت و نشان داد که انتقال بار از آنیون به کاتیون صورت می گیرد. جفت یون های تجمع یافته مایع یونی [-mim+][n(cn)2] با روش های mp2، b3lyp، m052x و m062x و با مجموعه پایه 6-311++g(2d,2p) بررسی شدند. پنج جفت یون تجمع یافته (2-ip1-5) در اثر بر هم کنش بین دو آنیون و دو کاتیون بر سطوح انرژی پتانسیل شناسایی شدند. پارامتر های ساختاری، انرژی آزاد گیبس تشکیل در فاز گازی و محلول (˚gsln∆ و˚g∆) و انرژی آزاد گیبس حلال پوشی برای جفت یون های تجمع یافته مایع یونی [-mim+][n(cn)2] محاسبه شدند. مقدار ∆g˚در ابتدا، با افزایش ثابت دی-الکتریک حلال کاهش سپس به آرامی تغییر می کند تا وقتیکه ثابت دی الکتریک بزرگتر از 20 می شود. نتایج وابستگی تجمع به دما نشان داد که با افزایش دما تمایل به تجمع کاهش می یابد. تحلیل جمعیت نشان می دهد که انتقال بار با تشکیل کمپلکس از آنیون به کاتیون انتقال می یابد. از روش های تابعی چگالی m052x و m062x جهت بررسی بر هم کنش بین مولکول های آب و مایعات یونی با کاتیون ایمیدازولیوم و آنیون های ch3coo−،cf3coo− ،no3− ، bf4- و −n(cn)2 استفاده شد. آنتالپی های آبپوشی یون ها نشان داد که پایداری آنیون های ch3coo- و no3- از کاتیون و آنیون های دیگر بیشتر است. . نتایج همچنین نشان داد که تشکیل جفت یون های آبپوشیده، همراه با پایداری بیشتر از 132/0 kcal/mol می باشد بطوریکه، آنتالپی آبپوشی با افزایش غلظت آب افزایش می یابد. تمایل آنیون های آبپوشیده به بر هم کنش با کاتیون های آبپوشیده کمتر از تمایل آنیون ها (کاتیون ها) ی آبپوشیده به بر هم کنش با کاتیون ها (آنیون ها)ی آبپوشی نشده می باشد. ساختار های هندسی و الکترونی نانولوله های کربن آرمچیر (4،4) عامل دار شده با مایع یونی [-mim+][n(cn)2] بوسیله روش تابعی چگالی و مجموعه پایه (6-31g(d بررسی شدند. موقعیت کاتیون [mim+] بر روی لوله یک نقش مهم را در بر هم کنش نانولوله- [mim+] ایفا می کند. سه نوع نانولوله های کربن آرمچیر (4،4) عامل دار شده (e، s و p) در اثر بر هم کنش بین نانولوله کربن آرمچیر (4،4) و [mim+] پیش بینی شد. با مقایسه انرژی بر هم کنش می توان تخمین زد که لبه های نانولوله تمایل بیشتری برای بر هم کنش با مایع یونی دارد. شکاف homo-lumo، پتانسیل شیمیاییμ، سختی کلη، نرمی s و ضریب الکترون دوستی ω برای ساختار های مختلف نانولوله کربن عامل دار شده در فاز های گازی و حلال محاسبه شدند. این نتایج نشان می دهد که عامل دار کردن نانولوله کربن آرمچیر (4،4) باعث ایجاد تغییرات مهمی در خواص الکترونی نانولوله های کربن می گردد. نتایج بدست آمده توسط پارامتر n∆ نشان داد که انتقال بار از مایع یونی به نانولوله کربن اتفاق می افتد.