در این کار تحقیقاتی، جذب گازهای آلاینده محیطی(co و co2) بر روی نانولوله تک دیواره،aln(4,4)، bn(5,5) و sic(4,4) با استفاده از تئوری چگالی و شرایط مرزی مورد مطالعه قرار گرفته شد. دو موقعیت جذب برای co، c-down و o-down، و یک موقعیت جذب برای co2، o-down، بر روی سه موقعیت مختلف نانولوله در نظر گرفته شد. برای هر موقعیت، نمودار انرژی پتانسیل بدست آمده با پتانسیل‏های مورس و مورس تصحیح شده برازش شد. ساختار هندسه تعادلی سیستم بدون در نظر گرفتن محدودیتی بهینه سازی شد. نتایج نشان می‏دهد که فرایند جذب co بر روی هر سه نانولوله به صورت فیزیکی است. در حالی که جذب co2 بر روی alnnt فرایند جذب شیمیای را نشان می‏دهد. آنالیز محاسبات nbo نشان می‏دهد که شکاف انرژی بعد از جذب گاز به طور قابل ملاحضه‏ای تغییر کرده است. در مرحله بعد برای بهبود جذب گازها بر روی نانولوله، فلز واسطه به نانولوله متصل می‏شود. در این تحقیق، اتم فلز مس به سه موقعیت از سطح نانولوله اضافه شد. بهترین موقعیت اتصال مس بر روی سطح نانولوله، که دارای منفی‏ترین انرژی اتصال است، با روش pbepbe و مجموعه پایه 6-31g (برای نانولوله و گاز) و cep-121g (برای اتم مس) بهینه شد. در آخر co و co2 بر روی فلز مس قرار داده و ساختار بهینه سازی شد. نتایج حاصل از انرژی جذب نشان می‏دهد که فرایند جذب co بر روی نانولوله‏ی عامل‏دار شده با فلز به صورت شیمیایی است. در مقایسه با جذب co و co2 بر روی نانولوله، جذب co از لحاظ انرژی مناسب‏تر است

در این تحقیق جذب و جداسازی گازهای he و ar در حالت خالص و مخلوط آن ها بر روی نانولوله کربنی (10،10) و نانو لوله سیلیکونی (6،6) در چندین دما (زیر نقطه بحرانی و بالای نقطه بحرانی) و در محدوده فشارmpa 1 تا mpa30 با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو، بررسی شده است. در این شبیه سازی برای توصیف برهم کنش های جامد- سیال از پتانسیل 6-12 لنارد-جونز استفاده شده است. هم دماهای جذبی برای دماهای77، 273، 278 و 298 کلوین بدست آمده اند. همچنین فاکتور جداسازی و گرمای جذب نیز محاسبه شده است. همه هم دماهای جذبی برای ar و he در حالت خالص و مخلوط از هم دماهای نوع i پیروی می کنند. مقایسه نتایج تایید می کند که سطح خارجی نانولوله نسبت به سطح داخلی، he و ar بیشتری را جذب می کند. از طرفی، تحت شرایط یکسان، به دلیل برهم کنش های قویتر ar با نانولوله نسبت به برهم-کنش های he با نانولوله،جذب ar بیشتر از جذب he است. داده های بدست آمده نشان می دهد که گرمای جذب ar تحت شرایط یکسان بیشتر از گرمای جذب he است. همچنین باید خاطر نشان کرد که گرمای جذب ar و he بر روی sint، بیشتر از مقادیر مربوط به جذب بر روی cnt است وsint توانایی جذب بهتری را نسبت به cnt از خود نشان می دهد. فاکتور جداسازی ar در مقایسه با he، بر حسب ترکیب درصد ar در فاز توده نشان می دهد که با افزایش ترکیب درصد فاز توده، گزینش پذیری کاهش می یابد. به طور کلی داده های به دست آمده نشان می دهد که گزینش پذیری sint و cntبرایar نسبت به he بیشتر است. در ادامه از محاسبات dft برای به دست آوردن نمودار انرژی پتانسیل جذب ar و he بر روی sint استفاده شده است. انرژی پتانسیل محاسبه شده با پتانسیل لنارد-جونز برای به دست آوردن پارامتر های این پتانسیل برازش شده است. شبیه سازی جذب ar و he بر روی sint برای برآورد رفتار های جذبی این دو گاز در مقایسه با نتایج قسمت قبل، با پارامتر های به دست آمده انجام شده است. قابل ذکر است که این نتایج با نتایج قسمت قبل به خوبی هم خوانی دارد.

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.

در این تحقیق، خواص نوری و الکترونی فولرن -پلیمرهای ناهمسان به عنوان مدلی برای سلول های خورشیدی آلی در فاز گازی و حلال مورد بررسی قرار گرفت. پلیمرهای(2d( (1d)و (3d) به عنوان دهنده و c60، c70، pc60bm و pc60be به عنوان پذیرنده استفاده گردیدند. در این مطالعه سطوح انرژی، شکاف homo-lumo و انرژی بازآرایی توسط نظریه تابعیت چگالی (dft) بدست آمدند. نظریه dft وابسته به زمان (tddft) برای محاسبه خواص نوری آن ها به کار برده شد. تابعی تبادل-همبستگی b3lyp و مجموعه پایه6-311g (d,p) برای تعیین ساختارهای بهینه حالت پایه ی سیستم های مولکولی مذکور به کار برده شدند. برای بررسی اثر حلال، مدل پیوستار قطبش پذیر رسانا-مانند (cpcm) استفاده گردید. محاسبات با استفاده از نرم افزار g09 انجام شده است. مطالعه اثر اندازه پلیمر نشان می دهد که با افزایش اندازه پلیمر، شکاف homo-lumo کاهش و طول موج ماکزیمم، افزایش می یابد. اثر حلال باعث جابه جایی قرمز ((red shift در طول موج ماکزیمم و افزایش جذب در پلیمر و کمپلکس ها می گردد. از طرفی، اثر اندازه پلیمر بر خواص نوری کمپلکس c60/(1d)n با n=1,2,3 بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش اندازه پلیمر، طول موج ماکزیمم نیز افزایش می یابد. علاوه بر این، با افزایش اندازه پلیمر ولتاژ مدار باز (voc) کاهش می یابد. بر اساس نتایج ذکر شده در بالا و بررسی دیگر خواص الکترونی، این نتیجه حاصل می شود که کمپلکس c60/(1d)n=1 نسبت به کمپلکس های c60/(1d)n=2,3 از شرایط بهتری به عنوان سلول خورشیدی ناهمسان برخوردار است. برای بررسی اثر پذیرنده بر خواص سلول خورشیدی، سه نوع متفاوت پذیرنده شامل c70، pc60bm و pc60be به جای c60 مورد مطالعه قرار گرفتند. لازم به ذکر است که دهنده در این حالت مونومر 1d می باشد. بررسی نتایج بدست آمده نشان می دهد که c70/(1d)n=1 به عنوان سلول خورشیدی نسبت به دیگر کمپلکس ها گزینه مناسب تری می باشد. در صورتی که پلیمرهای 2d و 3d (با n=3) به عنوان دهنده استفاده گردند، از بین مواد پذیرنده ذکر شده، pc60bm وpc60be بهترین گزینه می باشند. برای بررسی توانایی کمپلکس های pc60bm/(2d)n=3 و pc60be/(2d)n=3 به عنوان سلول خورشیدی ناهمسان، کمیت‎های مختلفی برای این کمپلکس ها در فاز گازی و در حلال کلروبنزن محاسبه گردید. محاسبه خواص الکترونی و نوری کمپلکس های بالا نشان می دهد که کمپلکس های ذکر شده گزینه های مناسبی برای سلول های خورشیدی در فاز گازی و حلال می باشند، همچنانکه کمپلکس های pc60bm/(3d)n=3 و pc60be/(3d)n=3 در فاز گازی گزینه های مناسبی می باشد.

در این مطالعه ویژگی های ساختاری و الکترونی هتروفولرن های c59m [m= b, al, ga, si, ge, n, p, as] و فولرن c60 با استفاده از محاسبات تئوری تابعیت چگالی mpw1pw91/6-31g(d))) مورد بررسی قرار گرفت. بررسی شکاف انرژی و انرژی اتصال برای ساختارها در هر گروه نشان داد که واکنش پذیری و پایداری ترمودینامیکی همه فولرن ها نسبت به c60 اندکی کاهش پیدا کرده است. با توجه به نتایج به دست آمده، در هرگروه هتروفولرن های با هترو اتم کوچک تر پایداری ترمودینامیکی بیشتر و هتروفولرن های با هترواتم بزرگ تر واکنش پذیری کمتری دارند. برای c59n و c59b بیشترین انرژی اتصال و برای c59ga بیشترین شکاف انرژی به دست آمد. همچنین بار جزیی اتمی برای تمام ساختارها با سه روش هرشفیلد، مولیکن و nbo محاسبه شد. نتایج نشان داد جهت انتقال بار از هترواتم به اتم های کربن است و هترواتم ها بار جزیی مثبت دارند. لازم به ذکر است که برای c59n که به دلیل الکترونگاتیویته ی بالای نیتروژن نسبت به کربن، بار نیتروژن منفی و اتم های کربن مجاور آن مثبت محاسبه شد. از دیگر پارامترهای مورد بررسی طول پیوند است که برای تمام ساختارها به جز c59n افزایش یافت و درجه پیوند نسبت به فولرن c60 کاهش داشت. بعد از بررسی هتروفولرن ها، با توجه به اثرات مخرب آلاینده های هوا مثل so2 و co2، برهمکنش فولرن خالص و هتروفولرن ها با این دو مولکول مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش دوم سه حالت برای قرارگیری so2 در نظر گرفته شد (الف: از سمت اکسیژن، ب: از سمت گوگرد، پ: به صورت افقی). مولکول so2 در فاصله a? 2 از هتروفولرن ها بدون هیچ قیدی قرار داده شد. بیشترین برهمکنش برای ساختارهایی دیده شد که so2 از سر اتم های اکسیژن به هترواتم ها نزدیک شده است. نتایج نشان داد که فولرنc60 با انرژی جذب 758/4- ، جذب فیزیکی بسیار ضعیفی برای so2 نشان داد. در حالی که جذب so2 بر روی c59al، c59ga و c59si با انرژی های جذب 275/98- تا 675/193- در محدوده جذب شیمیایی قوی قرار می گیرد. برای ساختارهای c59ge و c59p هم جذب فیزیکی قوی برای مولکول so2 به ترتیب با انرژی های جذب 362/46- و 260/40- مشاهده شد. در ادامه مولکول co2 به عنوان یک مولکول غیرقطبی برای برهمکنش با هتروفولرن ها بررسی شد. برای قرار گیری co2 یک حالت در نظر گرفته شد که طی بهینه سازی فقط c59ga و c59al جذب فیزیکی نشان دادند.