امروزه به روشنی ثابت شده است که عملکرد کاتالیزور های ناهمگن در برخی از واکنش های شیمیایی تحت تاثیر ساختار هندسی و طبیعت شیمیایی سیستم های واکنش دهنده قرار داردکه این پدیده عموماً به حساسیت ساختمانی تعبیر شده است. عبارت ساختمان در کاتالیزوری ناهمگن عموماً شامل ساختار بلورین، اندازه منافذ و اندازه ذرات فاز فعال می باشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی وابستگی پارامتر های سینتیکی فرایند سنتز فیشر- تروپش به ساختار کاتالیزورهای آهن و ارزیابی میزان حساسیت ساختمانی واکنش مزبور می باشد. فرایند سنتز فیشر- تروپش شامل تبدیل گازهای منوکسیدکربن و هیدروژن به هیدروکربن های مایع است. علاوه بر تولید هیدروکربنها، کاتالیزورهای آهن در واکنش شیفت آب- گاز (واکنش دوطرفه بین منوکسید کربن و آب حاصل از سنتز فیشر- تروپش با هیدروژن و دی اکسید کربن) نیز فعال است. لذا در بررسی های سینتیکی سنتز فیشر- تروپش با استفاده از کاتالیزورهای آهن، معادلات سرعت برای تبدیل واکنشگرها، تولید محصولات و نیز سرعت تولید دی اکسید کربن به عنوان سرعت واکنش شیفت آب- گاز، بدست می آید. در نخستین گام برای ارزیابی حساسیت به ساختار برای کاتالیزورهای آهن بایستی امکان ساخت کاتالیزورهایی با ابعاد بلورین متفاوتی را فراهم آورد. خوشبختانه نانوتکنولوژی این امکان را فراهم آورده و روش های متفاوتی برای ساخت کاتالیزورهایی با ابعاد ذرات متفاوت وجود دارد. یکی از بهترین روش های ساخت کنترل شده کاتالیزورهای آهن با ابعاد ذرات متفاوت، روش میکروامولسیون است. به همین دلیل در این تحقیق با استفاده از روش های متداول توده ایی و میکروامولسیون، کاتالیزورهای آهن ارتقا یافته با مس و لانتانیوم با ابعاد متفاوت ذرات فاز فعال تهیه گردید. در روش توده ایی، کاتالیزور آهن با روش هم رسوبی از نمک های نیترات آهن و نیترات مس ساخته شده و سپس ارتقا دهنده های لانتانیوم و سیلیس به کاتالیزور افزوده شد. در روش میکروامولسیون، نمک های نیترات آهن و نیترات مس محلول در امولسیون آبی- آلی شامل کلرفرم، 1- بوتانل و آب به همراه سورفکتانت مناسب به صورت یک فاز یکنواخت، آماده شده و رسوب گیری از این فاز یکنواخت به منظور تهیه رسوبات نانوساختاری توسط احیا کننده هیدرازین انجام شد. به منظور ساخت کاتالیزورهایی با ابعاد فاز فعال مختلف، از سورفکتانت های سدیم دودسیل سولفات (sds)، سدیم دودسیل بنزن سولفات (sdbs) و تریتون ایکس100 (triton x100)، استفاده شد. خصوصیات فیزیکو شیمیایی کاتالیزورهای ساخته شده به روش های احیای برنامه ریزی شده دمای (tpr)، اندازه گیری سطح کلی کاتالیزور و توزیع حفرات آن ها با استفاده از جذب و دفع نیتروژن، پراش اشعه ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. ابعاد فاز فعال کاتالیزورهای ساخته شده با استفاده از نتایج پراش اشعه ایکس، سطح کلی کاتالیزور و تصاویر میکروسکوپ الکترونی اندازه گیری شد و با یکدیگر مقایسه گردید. ابعاد نانوذرات اکسید آهن (هماتیت) ساخته شده از 12 نانومتر برای سورفکتانت سدیم دودسیل بنزن سولفات (sdbs) تا 39 نانومتر برای کاتالیزور ساخته شده به روش توده ایی معمولی متغیر است. همچنین نتایج بدست آمده نشان می دهد که با افزایش مقدار موازنه آبدوستی/آب گریزی (hlb) در ساختار سورفکتانت در سیستم میکروامولسیون، متوسط ابعاد ذرات و توزیع اندازه ذرات افزایش می یابد. برای بررسی سینتیکی این فرایند از روش لانگمویر- هینشل وود- هاگن – واتسون (lhhw) استفاده شد که برای توسعه مدل های سینتیکی با این روش نیاز به شناخت مکانیسم واکنش های اتجام شده بر سطح کاتالیزور می باشد. در این بررسی نظریه های کاربیدی، انولی و ورود مستقیم منوکسید کربن برای شناخت واکنش های اولیه مورد نظر قرار گرفت و مکانیسم های سطحی برای توسعه معادلات سینتیکی تولید محصولات، تبدیل خوراک و سرعت تولید دی اکسید کربن بر اساس این نظریه ها در نظر گرفته شد. پارامترهای موجود در این معادلات سینتیکی با توجه به نتایج تجربی برای کاتالیزور توده ایی با استفاده از روش های طراحی آزمایش، بدست آمد. معادلات سینتیکی بدست آمده با استفاده از روش های ترمودینامیکی ارزیابی حساسیت ساختاری به معادلات سینتیکی وابسته به ابعاد توسعه داده شد و پارامترهای وابسته به ابعاد موجود در این روابط با استفاده از نتایج تجربی برای کاتالیزورهای ساخته شده در مراحل قبلی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین در پایان این تحقیق، نحوه غیر فعال شدن کاتالیزورهای ساخته شده با ابعاد مختلف مورد بررسی قرار گرفت.

در این مطالعه، سینتیک و مکانیسم جذب مولکول آنیلین روی انواع مختلف نانولوله کربنی تک جداره صندلی (6،6) با استفاده از روش دو لایه اونیوم oniom (b3lyp/6–31g(d);uff) بررسی شده است. همه محاسبات با استفاده از نرم افزار گوسین 9 و با تابع هیبریدیb3lyp و مجموعه پایه 6-31g(d) برای لایه بالا و روش مکانیک مولکولی uff برای لایه پایین در روش دو لایه اونیوم انجام شده است. همه ساختارهای نانولوله در سطح oniom (b3lyp/6–31g(d);uff) به طور کامل بهینه شده و سپس جهت گیری های مختلف مولکول آنیلین نسبت به نانولوله بررسی شده و ساختارهای حاصل توسط روش دولایه اونیوم بهینه شده است. برای بررسی جذب مولکول آنیلین سه مدل شامل نانولوله دو انتها باز، نانولوله دو انتها بسته و نانولوله یک انتها بسته انتخاب شده است. در هر سه مدل، ساختار حالت گذار واکنش شناسایی شده است. محاسبات فرکانس، irc و اسکن ساختار حالت گذار را تأیید می کند. انرژی فعالسازی برای واکنش جذب آنیلین روی نانولوله در هر سه مدل محاسبه شده است. نانولوله کربنی تک جداره صندلی (6،6) دو انتها بسته با انرژی فعالسازی kcal/mol 84/40 دارای کمترین انرژی فعالسازی است. تحلیل بارهای طبیعی و اوربیتال های مولکولی پیشرو، انتقال بار از مولکول آنیلین به نانولوله را تأیید می کند. نتایج چگالی حالات، نشان می دهد که پس از جذب آنیلین انرژی سطح فرمی به سمت مقادیر مثبت جابجا می شود که برهمکنش موثر بین آنیلین و نانولوله را تأیید می کند. نتایج حاصل از تحلیل qtaim نشان می دهد که پیوند تشکیل شده بین نانولوله و آنیلین، در حالت گذار از نوع میانه مایل به کوالانسی است. در پایان نیز شاخصه های کوانتومی واکنش پذیری شامل سختی، پتانسیل شیمیایی الکترونی، خاصیت الکتروفیلی و انتقال بار محاسبه شده است و رابطه هر یک از آن ها با انرژی فعالسازی بررسی شده است. همبستگی های بدست آمده بین پارامترهای سختی و انتقال بار با انرژی فعالسازی واکنش جذب و عامل دار شدن نانولوله های کربنی مطالعه شده از نوع رابطه خطی مستقیم است در صورتی که این رابطه برای خاصیت الکتروفیلی و پتانسیل شیمیایی الکترونی از نوع معکوس تأیید شده است. محاسبات شاخصه های ویبرگ نشان می دهد که این واکنش با یک مکانیسم غیر همزمان انجام می شود که درصد غیر همزمانی در واکنش بین نانولوله تک جداره صندلی (6،6) دو انتها بسته با آنیلین بیشتر است.

توسعه مدل های سینتیکی برای سرعت تولید محصولات حاصل از سنتزفیشر-تروپش (fts) یکی از ضروری ترین پارامترهای مناسب برای توسعه مدل های مورد نیاز برای طراحی رآکتورهای صنعتی است. براساس مطالعات انجام شده هنوز مدل مناسبی برای سرعت تولید محصولات حاصل ازسنتز فیشر-تروپش با استفاده از تئوری لانگمویر- هینشل وود- هاگن- واتسون (lhhw) و با توجه به توزیع متداول آندرسون- شولز - فلوری (asf) بادو فاکتوراحتمال رشد زنجیره هیدروکربنی توسعه نیافته است. هدف از این پروژه بدست آوردن معادلات سینتیکی برای سرعت تولید محصولات هیدروکربنی حاصل از سنتز فیشر-تروپش توسط کاتالیزگر آهن ارتقا یافته با لانتانیوم (به عنوان یک پیش برنده با بازیسیته ضعیف) بااستفاده از توزیع asf با دو فاکتور رشد زنجیره هیدروکربنی می باشد. انتظار می رود نتایج حاصل از مدلهای توسعه یافته با این روش نسبت به مدلهای حاصل از توزیع نرمال asfمیزان انحراف کمتری نسبت به داده های تجربی نشان دهد. در این تحقیق واکنش های بنیادی بر پایه مکانیسم انولی و توزیع asf دوگانه ارائه شد و معادلات سرعت تولید محصولات هیدروکربنی حاصل از طریق دو روش کلی مورد ارزیابی قرار گرفت. در روش اول فاکتورهای رشد زنجیره هیدروکربنی براساس تئوری lhhw توسعه یافت وسپس نحوه توزیع محصولات هیدروکربنی بااستفاده از توزیع asf بادو فاکتوراحتمال رشد زنجیره هیدروکربنی بررسی شد. در روش دوم علاوه بر فاکتورهای رشد زنجیره هیدروکربنی، سرعت تولید محصولات نیز بااستفاده از تئوری lhhw توسعه یافت. سپس فاکتورهای رشد زنجیره هیدروکربنی حاصل از توزیع asf با استفاده از مدل توسعه یافته دو فاکتور رشد زنجیره هیدروکربنی به هم مربوط شد. نتایج نشان می دهد که روش دوم تطبیق بهتری با نتایج تجربی نشان می دهد، همچنین مدل سینتیکی گسترش یافته به وسیله توزیع asf دوگانه نسبت به توزیع asf ساده انحراف کمتری از نتایج تجربی نشان می دهد. در ارزیابی پارامترهای سینتیکی به اثر مزاحمت واکنش شیفت آب – گاز (wgs) که در میزان تبدیل بالای مونوکسید کربن، واکنش سنتز فیشر- تروپش را تحت تاثیر قرار می دهد، توجه شد. زیرا در این شرایط واکنش fts به میزان زیادی به هیدروژن تشکیل شده به وسیله واکنش wgs بستگی دارد. انرژی فعالسازی برای تشکیل متان، اتان و اتیلن kj/mol 76،68و72 است که انتخاب پذیری پایین تر اتان نسبت به اتیلن را نشان می دهد. انرژی فعالسازی برای تشکیل پارافین ها با تعداد کربن کمتر از نقطه شکست kj/mol 91 و برای پارافین با تعداد کربن بیشتر از نقطه ی شکست kj/mol 102 است که انتخاب پذیری پایین تر پارافین های سنگین تر را توجیه می کند. انرژی فعالسازی برای تشکیل الفین سبک kj/mol98 وانرژی فعالسازی برای تشکیل الفین سنگین kj/mol 148است.

عملکرد کاتالیزورهای ناهمگن تحت تاثیر متغیرهایی همچون اندازه، ساختار، ترکیب سطح، پایداری گرمایی و شیمیایی قرار دارد. افزایش بازده فرآیند کاتالیزوری به پدیده بسیار مهم حساسیت ساختاری در عملکرد کاتالیزوها بستگی دارد. حساسیت ساختاری میزانی از وابستگی بین عملکرد یک واکنش کاتالیزوری سطحی و ساختار کاتالیزور شامل ابعاد فاز فعال، نوع و شکل تخلخل پایه و نظایر این می باشد. فرآیند سنتز فیشر- تروپش یکی از واکنش های حساس به ساختار می باشد. روش های متفاوتی برای ارزیابی نقش ابعاد فاز فعال بر روی عملکرد کاتالیزور وجود دارد که شامل روش های کوانتومی، ترمودینامیکی، سینتیکی و غیره می باشد. در این پروژه اثر ساختار و ابعاد ذرات فعال کاتالیزور بر پارامتر های سینتیکی مربوط به سرعت تولید محصولات هیدروکربنی (پارافین ها و اولفین ها) در سنتز فیشر– تروپش مورد بررسی قرار می گیرد. برای این منظور با استفاده از روش های ترمودینامیکی و سینتیکی مناسب، پارامترهای مربوط به مدل های سینتیکی برای تولید محصولات، به ابعاد فاز فعال وابسته گردید. سپس با استفاده از اطلاعات تجربی موجود برای کاتالیزورهای آهن با ابعاد فاز فعال متفاوت، وابستگی مدل های توسعه یافته به ابعاد فاز فعال مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهند که مدل های توسعه یافته، تطابق خوبی با داده های تجربی دارند. فاکتور احتمال رشد زنجیره و تفاوت بین انرژی های فعالسازی انتشار و اختتام با کاهش اندازه ذرات کاتالیزور کاهش می یابد. همچنین با افزایش دما و کاهش اندازه ذرات فاز فعال کاتالیزور تولید هیدروکربن ها به سمت هیدروکربن های با وزن مولکولی پایین تر شیفت پیدا می کند وتولید متان افزایش می یابد.

در این پایان نامه نقش ابعاد فاز فعال کاتالیزور کبالت بر پایه کربن نانوتیوب (co/cnt) در روند غیر فعال شدن آن در طی واکنش سنتز فیشر-تروپش مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از روش ترمودینامیکی– سینتیکی مدل مناسبی برای ایجاد ارتباط بین فعالیت کاتاالیزور و ابعاد فاز فعال توسعه داده شد. اطلاعات تجربی مورد نیاز برای بررسی پارامترهای تجربی روابط سینتیکی از گزارشات قبلی استخراج گردید. نانو لوله های کربنی (cnt) به عنوان پایه کاتالیزور کبالت به کاتالیزور در کنترل بهتر توزیع فلز کمک می کنند و واکنش بین فاز فلزی با پایه (تشکیل ترکیبات مخلوط شده) را به حداقل می رسانند. علاوه بر این cntها به عنوان پایه کاتالیزور کبالت، بهترین پایه برای بررسی اثرات اندازه ذرات کاتالیزور در کبالت پایه ای شده ا ست. زیرا تعامل کم بین نانوذرات پایه و کبالت وجود دارد. بنابراین کلوخه شدن کاتالیزور یکی از مکانیسم های مهم غیرفعال شدن در کاتالیزورco/cnt در واکنش فیشر- تروپش است. با افزایش ابعاد فاز فعال از 4/8 به 12/4 نانومتر، انرژی فعال سازی کاتالیزور از 89 به 98 کیلو ژول بر مول و گرمای ظاهری جذب کاتالیزور از 74 به63 کیلو ژول بر مول کاهش می یابد. براساس اصل ساباتیر ، واکنش سطح (انرژی فعال سازی) با گرمای جذب سطحی رفتاری مخالف را نشان می دهند و با افزایش گرمای جذب سطحی برای یک واکنشگر بر روی سطح فعالیت کاتالیزور از یک مقدار ماکزیمم عبور می کند. یعنی همواره افزایش گرمای جذب سطحی برای افزایش فعالیت یک کاتالیزور پارامتر مطلوبی نیست و اگر این مقدار از یک حدی عبور کند آنوقت آن واکنشگر چنان محکم به سطح متصل می شود که خود باعث کاهش فعالیت کاتالیزور می شود. نتایج ما با اصل ساباتیر همخوانی دارد ورفتار پیچیده ی کاتالیزور با در نظر گرفتن اندازه ذرات را می توان با توجه به این اصل توجیه کرد. در صورتیکه کلوخه ای شدن تنها عامل غیر فعال شدن کاتالیزور ما باشد، اندازه ذرات کبالت فلزی در پایان واکنش 11/3 نانومتر باشد. اما آنچه که از تجربه بدست می آید، اندازه ذرات کاتالیزور واقعی براساس داده های پراش اشعه ایکس و تصاویر میکروسکوپ الکترونی برابر با 10/7 نانومتر است. این تفاوت ناشی از این است که ما تنها راه غیرفعال شدن کاتالیزور در co/cnt را کلوخه شدن در نظر گرفتیم، در حالی که تنها راه غیرفعال شدن کاتالیزور co/cnt کلوخه شدن نیست. پارامترهای سینتیکی غیرفعال شدن کاتالیزور تنها با در نظر گرفتن کلوخه شدن ذرات کاتالیزور ارائه شده است. تفاوت بین نتایج تجربی و نتیجه سرعت فیشر-تروپش که در آن کلوخه شدن عامل اصلی غیرفعال سازی کاتالیزور در نظر گرفته شده است دیده می شود. این تفاوت بین داده های تجربی و محاسبه شده ناشی از غیرفعال شدن کاتالیزور توسط رسوب کردن کربن(کک) است. غیرفعال شدن کاتالیزور کبالت بر روی پایه کربن نانوتیوب از طریق کلوخه شدن مهمترین عامل غیرفعال سازی است چون هیچ تعاملی بین پایه و سایت های فعال کاتالیزور کبالت رخ نمی دهد. کلمات کلیدی: فرآیند فیشر- تروپش، سینتیک، کاتالیزور کبالت، کاتالیزور ناهمگن، غیر فعال شدن، کلوخه شدن

در این مطالعه، به بررسی سینتیک و مکانیسم جذب مولکول گوگرد دی اکسید که یکی از مهم ترین آلاینده های هواکره به شمار می رود، روی نانولوله های کربنی تک جداره پرداخته شده است. برای این منظور، سه نانولوله کربنی تک جداره شامل صندلی (6،6)، کایرال (6،5) و زیگزاگ (6،0) به عنوان مدل انتخاب شده اند. محاسبات با توجه به جهت گیری های مختلف so2 نسبت به نانولوله کربنی و فرآیند جذب با استفاده از نرم افزار گوسین 9 و تابع هیبریدی b3lyp و مجموعه پایه 6-31g(d) انجام شده است. در همه جهت گیری ها، g∆ واکنش محاسبه و ساختار حالت گذار برای مدل های دارای g< 0∆ بررسی شده اند. بر اساس محاسبات، نانولوله کربنی تک جداره کایرال (6،5) دارای کمترین مقدار انرژی فعالسازی (kcal.mol-1 11/72) و نانولوله کربنی تک جداره (6،6) دارای بیشترین انرژی فعالسازی (kcal.mol-1 17/93 ) در فرآیند عامل دار شدن توسط گوگرد دی اکسید است. براساس آنالیز اوربیتال های طبیعی، فرآیند انتقال بار از نانولوله به گوگرد دی اکسید بررسی شد. آنالیز توپولوژی اتم ها در مولکول ها، تشکیل پیوند کووالانسی را در حالت گذار تائید می کند. نتایج چگالی حالت های کوانتومی، افزایش انرژی سطح فرمی را برای نانولوله کربنی تک جداره (6،6) نشان می دهد که بیانگر کاهش تابع کار آن است که از دیدگاه هدایت و حسگری شیمیایی آن حائز اهمیت است. همچنین نتایج حاصل از اعمال میدان الکتریکی، نشان دهنده پایدارتر شدن ساختارها و انرژی جذب بهتر می باشد.

آنزیم اوره آز (ec 3.5.1.5) اوره را به آمونیاک و دی اکسید کربن تجزیه می کند. اوره یک محصول متابولیک سمی است که دفع آن بزرگ ترین مشکل بیماران کلیوی است. از کاربردهای اوره آز در بیوتکنولوژی بررسی محتوای اوره خون، ادرار، آب های طبیعی و فاضلاب های محیط زیست است. بهترین راه برای حذف و یا بررسی میزان اوره در محلول، تثبیت آنزیم اوره آز است. در این مطالعه آنزیم اوره آز بر سطح نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن با روش جذب سطحی تثبیت شد. فعالیت آنزیم در حالت محلول و تثبیت شده بر نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن سنجیده و پارامترهای سینتیکی vmax، km)،ph)و دمای بهینه تعیین شدند. سیلیکاژل بستر متداولی است که به راحتی عامل دار می گردد. آنزیم اوره آز بر بستر سیلیکاژل فعال شده، به روش کوالانسی تثبیت و پارامترهای سینتیکی آن نیز بررسی شد. همچنین، اثر امواج فراصدا با بسامد پایین بر ساختار، فعالیت، ph و دمای بهینه آنزیم آنزیم اوره آز بررسی شد.

از آنجایی که بیشتر ترکیب های آلی فسفردار، opها، سمی هستند رها شدن این ترکیب ها در محیط برای جوامع بشری تهدید محسوب شده اند. به این منظور برهمکنش های دی متیل متیل فسفونات (dmmp) به عنوان یکی از ترکیب های op و مشابه عامل عصبی سارین با قلع(iv) اکسید به وسیله روش های مختلف نظری و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. دو نوع جذب تفکیکی و مولکولی برای dmmp بر روی سطح قلع(iv) اکسید مفروض است. ارزیابی های رایانه ای برهمکنش dmmp با سطح (110)2sno از دیدگاه نظری به وسیله دو مدل متفاوت از سوبسترا یعنی مدل خوشه ای و مدل لایه نازک صورت گرفته است. نانوذره های 2sno به روش میکروامولسیون معکوس در اندازه های مختلف تولید و مشخصه سنجی شدند. گرماهای جذب تجربی برای dmmp با کاهش اندازه نانوذره ها افزایش می یابند. در این مطالعه برای اولین بار کاربرد موثر نانوذره های 2sno در جذب و کنترل آلودگی های جوی حاصل از برخی ترکیب های op مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پروژه، اثر امواج فراصدا بر فعالیت و پارامترهای سنیتیکی هیدرولیز آنزیمی نشاسته توسط آلفا آمیلاز آزاد و تثبیت شده بر سطح نانوذرات اکسید قلع مورد بررسی قرار گرفت.فعالیت نسبی آنزیم آزاد در زمان های 0، 10، 20 و 30 دقیقه امواج دهی به ترتیب برابربا 100، 12/92، 61/34 و 46/7 درصد است. ph و دمای بهینه برای فعالیت آنزیم آزاد در حضور و غیاب امواج مشابه بودند (دمای 40 درجه سانتیگراد و ph 6). مقدار km تغییر قابل توجهی نداشت، در حالی که نتایج، یک کاهش در مقدار vmax نشان می دهد. اثر این امواج بر روی ساختار آمیلاز توسط روشهای طیف سنجی فلورسانس و ویسکومتری مورد مطالعه قرار گرفت. با استفاده از این نتایج می توان اثر دوگانه ای از امواج را بر عملکرد آنزیم آمیلاز نتیجه گرفت؛ یک اثر تخریبی بر روی ساختار آمیلاز و یک اثر سازنده بر روی افزایش بسامد برخورد سوبسترا و آنزیم و در نتیجه افزایش هیدرولیز آنزیمی مشاهده می شود. فعالیت آنزیم در اثر تثبیت به مقدار زیادی کاهش پیدا کرد و در حضور امواج km تغییر قابل توجهی نداشت، در حالی که نتایج، یک کاهش در مقدار vmax نشان می دهد.

با توجه به مشکلاتی که سوخت‏های فسیلی ایجاد می‏کنند استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید الکتریسیته مورد توجه قرار گرفته است. یکی از روش‏هایی که می‏توان برای این منظور استفاده کرد، فناوری سلول خورشیدی رنگدانه ای است. در بین نسلول های مختلف سلول خورشیدی، سلول خورشیدی حساس شده با رنگ به دلیل هزینه ی تولید کم و بازدهی بالا ارجحیت دارد. برای افزایش بازدهی در این روش راه های مختلفی وجود دارد که یکی از آن ها انتخاب مولکول رنگ مناسب است. رنگ های سری ft که از مشتقات رنگ n749 به شمار می روند در مطالعه حاضر انتخاب شدند. ده مولکول رنگ در دو دسته ی مختلف طبقه بندی گردید. دسته ی اول با افزودن طول استخلاف جانبی متصل به لیگاند فنیل پیریمیدین و دسته ی دوم با اضافه کردن فلوئور به رنگ های دسته ی اول ایجاد گردید. اثر گروه الکترون کشنده و افزایش طول استخلاف دو پارامتر مورد توجه در این بررسی هستند. در انجام تحقیق از روش نظریه ی تابعی چگالی استفاده شده است تمامی محاسبات با نرم افزار تابعی چگالی آمستردام انجام گرفته و مجموعه پایه برای تمام اتم ها dz و تابعی استفاده شده b3lyp می باشد. طبق نتایج، افزودن الکترون کشنده به رنگ روی خواص ساختاری رنگ تغییری ایجاد نمی کند و از طرفی باعث پایداری رنگ می شود. با توجه به محل استقرار اوربیتال ها سطوح انرژی homo-3 و lumo+3 به جای homo و lumo در فرایندهای الکتروشیمیایی تأثیرگذار می باشند، به طوری که تغییرات شکاف بین آن ها ناچیز بوده و در برانگیختگی رنگ تأثیری ندارد. نکته جالب توجه آن است که افزودن اتم الکترون کشنده باعث کاهش اختلاف بین lumo+3 و نوار رسانش نیمه رسانا می شود. در حالی که هر چه اختلاف بین این دو بیشتر باشد انتقال الکترون از رنگ به نیمه رسانا بهتر انجام می شود. بنابراین رنگ های دسته ی اول در انتقال الکترون بهتر عمل می-کنند. در مرحله ی بازسازی رنگ افزودن اتم فلوئور باعث بهبود عملکرد رنگ می شود، چرا که فاصله ی بین homo-3 و انرژی اکسایش/ کاهش یدید/تری یدید با حضور اتم فلوئور در استخلاف افزایش می یابد. این در حالی است که مقایسه ی همه ی رنگ های مورد بررسی با n3 نشان دهنده ی عملکرد بهتر این رنگ ها در هر دو مرحله ی بازسازی و انتقال الکترون به نیمه رسانا می باشد.

در این مطالعه، بررسی نظری جذب کربن مونوکسید بر روی صفحات مختلف از ساختار شبکه مکعبی مرکز وجوه پر(fcc) و هم چنین کلاسترهای نانو ساختاری فلز کبالت با استفاده از نظریه تابعی چگالی(dft) انجام شده است. محاسبات با استفاده از نرم افزار adf و با تابعی revpbe-d3(bj) زیر شاخه ای از gga-d و مجموعه پایه dz انجام گرفته است. ابتدا ساختار شبکه fcc کبالت از لحاظ انرژی بهینه گردید و سپس صفحات (100)، (110) و (111) از این شبکه انتخاب شد. در ادامه انرژی جذب کربن مونوکسید و فرکانس های ارتعاشی آن ها در موقعیت جذبی سر به سر و سه پوشش متفاوت 25 درصد، 50 درصد و کامل (100 درصد) برای هر صفحه، و هم چنین انرژی جذب کربن مونوکسید در موقعیت جذبی پل در پوشش کامل محاسبه گردید. انرژی جذب سطحی کربن مونوکسید با چگالی الکترونی سطوح متناسب است و چگالی الکترونی خود تابع دو پارامتر چگالی اتمی صفحات و نسبت zs/z می باشد. نتایج نشان داد که ترتیب افزایش انرژی جذب سطحی به صورت (111)>fcc(110)>fcc(100)fcc می باشد. با افزایش انرژی جذب سطحی، فاصله مولکول کربن مونوکسید نسبت به سطح کاهش و طول پیوند c-o در جذب افزایش می یابد و محاسبات فرکانس نشان دهنده ی کاهش فرکانس ارتعاشی کششی c-o نسبت به حالت گازی آن می باشد. برهم کنش بین کربن مونوکسید و سطح کبالت مطابق با مدل بلی هولدر می باشد. نتایج مربوط به کلاسترهای کبالت افزایش انرژی جذب سطحی با کاهش ابعاد کلاستر را نشان داد.