آلودگی های زیست محیطی و محدودیت منابع سوخت های فسیلی، استفاده از انرژی های نو و پاک را غیر قابل اجتناب کرده است. پیل های سوختی پلیمری یکی از این منابع انرژی پاک است. اما قیمت بالای انرژی تولیدی، تجاری سازی آن را مشکل ساخته است. قیمت بالای انرژی تولیدی ناشی از قیمت بالای اجزای پیل سوختی می باشد. یکی از اجزای گران قیمت و پر اهمیت پیل های سوختی پلیمری، الکترولیت آن است که از جنس مواد پلیمری می باشد. پلی ایمید سولفونه یکی از مواد پیشنهادی برای جایگزینی به جای نفیون غشاء تجاری پیل سوختی است. پلی ایمید سولفونه علاوه بر دارا بودن مزایای عالی که آن را به عنوان یک ماده نوید بخش معرفی کرده است، در برابر هیدرولیز تخریب پذیر می باشد. این ضعف تمامی خواص خوب آن را تحت تاثیر قرار داده و تجاری سازی آن را مشکل ساخته است. تاکنون راه های متعددی برای رفع این معضل ارائه شده است. در این پژوهش سعی شده است که با استفاده از دی آمین های آلیفاتیک با گروه های انعطاف پذیر اتری این مشکل برطرف گردد به همین منظور از دی آمین های آلیفاتیک-اتری از سه نوع دی آمین آلیفاتیک با گروه های اتری که شامل 1و13 دی آمینو- 4و7و10تری اکسا تری دکان، 4و9- دی اکسا- 1و12 دو دکان دی آمین و 1و8 دی آمینو- 3و6 دی اکسا اکتان هستند، استفاده شده است.همچنین در این پژوهش از دی انیدرید فتالیک 3و’3-4و’4 بنزوفنون تترا کربوکسیلیک دی انیدرید(btda) استفاده شده است. به منظور بررسی تاثیر افزودن این گروه های آلیفاتیک اتری به زنجیره، از ترکیب آنها با دی آمین آروماتیک 4و?4- دی آمینو دی فنیل اتر(oda) استفاده شده است. بدین منظور از هر کدام این دی آمین های آلیفاتیک-اتری، به نسبت 20 به 80 به دی آمین oda در زنجیره پلی ایمید سولفونه استفاده شده است. همچنین جهت مقایسه خواص پلی ایمید های سولفونه حاوی گروه های آلیفاتیک-اتری، یک نمونه کاملاً آروماتیک از ترکیب btda با oda سنتز شده است. جهت انجام سولفوناسیون از روش پساسولفوناسیون استفاده شده است. در این روش ابتدا پلی آمیک اسید سنتز می شود و سپس با استفاده از اسیدسولفوریک غلیظ سولفوناسیون بر روی ساختار انجام می پذیرید. در مرحله پایانی نیز توسط روش ایمیدازیسیون گرمایی غشاء ریخته گری شده پخت می گردد. نتایج نشان داد که جذب آب نمونه کاملاً آروماتیک با نمونه حاوی 20 درصد دی آمین آلیفاتیک با گروه های اتری یکسان است و به میزان 4/5% است. جذب آب در غشاء های تهیه شده پایین تر از نفیون است. اما میزان مول های آب به ازای گروه های سولفونه(?) در نمونه های خالص بالاتر از نفیون است. میزان مقاومت هیدرولیزی در غشاء کاملا آروماتیک 48 ساعت و که در غشاء حاوی 20% گروه های آلیفاتیک به 60 ساعت افزایش یافته است. ظرفیت تبادل یون در غشاء کاملاً آروماتیک درحدود 379/0 اکی والان بر گرم است و در غشاء حاوی 20 درصد دی آمین خطی در حدود 119/0 می باشدکه این مقادیر پایین تر از میزان تبادل نفیون به میزان 89/0 می باشد. ویژگی بسیار مهم غشاء های تبادلگر پروتون، مقدار هدایت پروتون می باشد. هدایت پذیری پروتون غشاء های سنتز شده از مقدار 3-10× 5/1زیمنس بر سانتی متر برای غشاء کاملاً اروماتیک به مقدار 3-10× 2 برای غشاء حاوی گروه های آلیفاتیک، افزایش یافته است. این مقادیر از مقدار هدایت پذیری پروتون نفیون که 4- 10 است، بسیار بالاتر است. در مرحله دوم پژوهش، با افزودن نانو ذرات سیلیکا به بهترین نمونه تهیه شده به روش سل-ژل، تاثیر نانو ذرات بر خواص غشاء سنجیده شد. تصاویر میکروگرام تهیه شده جدایی فازی نواحی قطبی و غیر قطبی را به وضوح نشان می دهد. همچنین افزودن نانو ذرات سیلیکا موجب افزایش هدایت پذیری و کاهش ظرفیت تبادل یون نسبت به غشاء خالص و نفیون شده است. بطوری که ظرفیت تبادل یون در غشاء های حاوی 2، 4 و 8% نانوسیلیکا، به ترتیب316/0، 242/0 و 081/0 است و همچنین هدایت پذیری این غشاء ها به ترتیب 2-10، 3-10×2/2 و 2-10×1/6 است. بالاتربن جذب آب مربوط به غشاء نانو کامپوزیتی حاوی 4% نانو سیلیکا است و مقدار جذب آب 11% رسیده است. در تمامی غشاء های نانو کامپوزیتی به غیر از 8% وزنی میزان جذب آب نسبت به نفیون بهبود یافته است. در کل افزودن نانو ذرات سیلیکا سبب افزایش جذب آب و ? در غشاء ها شده است.

پیل های سوختی با غشای تبادل پروتون بعنوان یک منبع تولید انرژی است که با گاز هیدروژن تغذیه شده و تولید آب می کند و در سال های اخیر نیز بسیار مورد توجه بوده است. گران ترین قسمت یک پیل سوختی کاتالیزور مبتنی بر فلز آن است. واکنش احیای اکسیژن به عنوان واکنش کند پیل سوختی پلیمری در مقایسه با واکنش اکسیداسیون هیدروژن در آند است. اکسیژن یک گاز پارامغناطیس است، بنابراین میدان مغناطیسی می تواند در کاهش سطح انرژی اوربیتال های ضد پیوندی مولکول اکسیژن اثر بگذارد. در این تحقیق بارگذاری های متفاوتی از نانو ذرات fe3o4 به صورت نسبت 1:1، 1:2 و 1:3 با نانو خوشه های پلاتین بر روی کربن ولکان با درصد پلاتین %10 تجاری برای ارزیابی واکنش احیای اکسیژن در لایه کاتالیزور کاتد در محیط اسید سولفوریک نیم مولار و یا اسید سولفوریک نیم مولار به همراه متانول یک مولار و در اتمسفرهای نیتروژن و اکسیژن استفاده شد. تکنیک های ولتامتری چرخه ای، ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، کرنوآمپرومتری، ولتامتری با روبش خطی پتانسیل روی الکترود دیسک چرخان و طیف سنجی الکتروشیمیایی امپدانس برای ارزیابی الکتروکاتایست های تهیه شده در سیستم سه الکترودی بکار گرفته شد. نتایج نشان می دهد که بهره وری پلاتین برای واکنش احیای اکسیژن برای کاتالیزور با نسبت 1:1 از pt/c و نانو ذراتfe3o4 افزایش یافته است و همچنین مقاومت بهتری در برابر اکسیداسیون متانول دارد.

در این رساله، سنتز الکتروکاتالیست های آلیاژی مبنا پالادیمی بر پایه کربن ولکان و کربن نانوتیوب های چند دیواره گزارش و از این دسته از مواد به عنوان الکتروکاتالیست های کاتدی در پیل های سوختی متانولی مستقیم ایستا استفاده شده است. آنالیز xrd این الکتروکاتالیست ها نشان داده که، این مواد دارای ساختار fcc و تک فازی از پالادیم(pd) می باشند. کارآیی این الکترودها برای واکنش احیای اکسیژن به وسیله روش های ولتامتری چرخه ای(cv) ، ولتامتری با روبش خطی(lsv) ، طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی(eis) ، کرونو آمپرومتری(ca) ، پلاسمای زوج شده القایی(icp) ، روش طیف سنجی پراش اشعه ایکس (xrd)، میکروسکوپ روبش الکترونی(sem-edx) و میکروسکوپ انتقال الکترونی (tem) مورد بررسی قرار گرفته است. در مقایسه با الکتروکاتالیست pd، الکتروکاتالیست های آلیاژی دو فلزی با نسبت های اتمی مختلف پالادیم به کبالت، فعالیت جرمی و فعایت ویژه بالاتری(حدود 1/2 - 5/6) برای واکنش احیای اکسیژن نشان داده اند. این افزایش برای الکتروکاتالیست های مبنا پالادیمی با تغییر در پارامتر شبکه و ترکیب سطحی pdxco در ارتباط می باشد. همچنین، از پایه کربنی دوتایی برای ساخت مجموعه غشا الکترود(mea) در پیل های سوختی متانولی مستقیم ایستا(pdmfc) و بررسی جزییات الکتروشیمیایی آن ها استفاده شده است. خواص الکتروکاتالیتیکی برای واکنش احیای اکسیژن به وسیله منحنی های پلاریزاسیون و طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در pdmfc مورد ارزیابی قرار گرفته است. پیلی که در آن از نسبت 25:75 کربن نانو تیوب چند دیواره به کربن ولکان به عنوان پایه دوتایی استفاده شده است، 50 درصد افزایش کارآیی را نسبت به پیلی که در آن از کربن نانو تیوب چند دیواره به عنوان پایه یک تایی استفاده شده را نشان داده است. نتایج حاصل از پارامترهای سینتیکی نشان می دهد که، وارد شدن کربن نانو تیوب چند دیواره به عنوان پایه دوم منجر به افزایش سطح قابل دسترس، هدایت الکتریکی خوب و سینتیک سریع واکنش احیای اکسیژن می شود. تغییرات سطح الکتروکاتالیست های آلیاژی مبنا پالادیمی با تغییر تعداد سیکل ها با استفاده از تست پایداری تسریع شده مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج به دست آمده از تست پایداری تسریع شده با افزایش کارآیی این الکتروکاتالیست های مبنا پالادیمی در پیل های سوختی متانولی مستقیم در ارتباط می باشد.

نانو تکنولوژی با ساختارهای مختلفی از مواد سروکار دارد. شاید بتوان گفت جالب ترین نانو ساختارها با کاربردهای بالقوه، نانو لوله های کربنی است . با برش دادن دیواره نانو لوله کربنی تک دیواره در راستای طول، یک صفحه از اتم های کربن به نام گرافن به دست می اید.در این تحقیق تجزیه وتحلیل ساختار الکترونی بر همکنش نانو صفحات گرافنی با فلزات واسطه توسط نظریه کوانتومی اتم ها در مولکول ها مورد ارزیابی قرار می گیرد. اساس کار به این صورت است که در ابتدا ساختار هندسی این ترکیب بهینه سازی می گردند، سپس مینیمم های موضعی هندسه قابل تشکیل توسط مولکول گرافن و فلز با استفاده از محاسبات بهینه سازی انرژی کوانتومی با نرم افزار های با تکنولوژی برتر کوانتومی (gaussian03w ) و در سطح b3lyp محاسبه می گردد، پس از اتمام محاسبات با رسم نمودار انرژی پایدارترین حالت مشاهده می شود، همین طور اوربیتال های پیوندی طبیعی (nbo) مشخص می گردد. در مرحله بعد نقاط بحرانی نظریه اتم در مولکول ها شناسایی و بر اساس چگونگی توزیع چگالی با الکترونی نقاط بحرانی پیوند و لاپلاسین چگالی الکترونی نقاط بحرانی پیوند و همین طور میزان انحراف از حالت کروی و شاخص عدم استقرار الکترون در سطح مولکول مورد تحلیل قرار می گیرد.

کاغذ الیاف کربنی یکی از مهمترین زیرلایه های بکار رفته در لایه ی نفوذ گاز سلول سوختی غشاء الکترولیت پلیمری به حساب می آید. در این پژوهش روش جدیدی برای آماده سازی کاغذ الیاف کربنی برپایه ی ترکیب پلی اکریلونیتریل-مواد کربنی معرفی شد که در آن از محتوای مختلفی از مواد کربنی همچون: کربن سیاه (ولکان)، پودر گرافیت و نانولوله ی کربنی استفاده شده است. در این روش ابتدا الیاف ترکیب های پلی اکریلونیتریل-مواد کربنی توسط فرایند تر-ریسی آماده گردید، سپس در اولین مرحله برای پایدارسازی اکسایشی تحت جو اکسیژن و گستره ی دمایی 300-160 درجه سانتی گراد (سرعت گرمادهی 1 درجه بر دقیقه) تحت حرارت قرار گرفتند. این عملیات الیاف ترکیب کربن-پلی اکریلونیتریل گرما نرم را به ترکیبی حلقوی غیر پلاستیک یا نردبانی تبدیل می کند. بعد از فرایند پایدارسازی؛ تحت یک محیط بی اثر (نیتروژن)، پیش کربنی شدن الیاف در دماهای 600 -300 درجه سانتی گراد (سرعت گرمادهی 10 درجه بر دقیقه) انجام شد سپس در دماهای بین 600 تا 1100 درجه سانتی گراد (سرعت گرمادهی 5 درجه بر دقیقه) الیاف کربنی شدند. پس از افزودن تفلون، این الیاف طی عملیاتی بصورت ورقه ای آماده سازی گردیدند. در نهایت ورقه (کاغذ) های کربنی توسط تکنیک هایی همچون: بررسی میزان جذب آب، میکروسکوپ الکترون روبشی (sem)، تکنیک جریان-کنترل شده (کرنوپتانسیومتری) و طیف بینی امپدانس الکتروشیمیایی مورد سنجش قرار گرفتند.

پیل های سوختی با غشای تبادل پروتون بعنوان یک منبع تولید انرژی است که با گاز هیدروژن تغذیه شده و تولید آب می کند و در سال های اخیر نیز بسیار مورد توجه بوده است. گران ترین قسمت یک پیل سوختی کاتالیزور مبتنی بر فاز آن است. واکنش احیای اکسیژن به عنوان واکنش کند پیل سوختی پلیمری در مقایسه با واکنش اکسیداسیون هیدروژن در آند است. در این تحقیق گرافن را با استفاده از روش مناسب سنتز کرده، 20 درصد از حجم اکسید گرافن پلاتین افزوده و برای اصلاح خواص گرافن از dna استفاده شد. برای ارزیابی واکنش احیای اکسیژن در لایه کاتالیزور از محیط اسید سولفوریک نیم مولار و در اتمسفرهای نیتروژن و اکسیژن استفاده شد. تکنیک های ولتامتری چرخه ای، ولتامتری با روبش خطی پتانسیل، کرونوآمپرومتری و طیف سنجی الکتروشیمیایی امپدانس برای ارزیابی الکتروکاتالیست های تهیه شده در سیستم سه ااکترودی بکار گرفته شد. نتایج نشان می دهد که dnaخواص گرافن را به عنوان پایه کاتالیست بهبود بخشیده است.

معادله حالت مهمترین ابزار در مهندسی شیمی، برای مطالعه خواص ترمودینامیکی، تخمین و طراحی تبادلات فازی مواد مختلف میباشد .یک معادله حالت دقیق شکل تحلیلی رفتار-pressure volumes-temperature است و اغلب برای استفاده در محاسبات مطلوب و مورد نیاز است .معادله حالت برای مواد پلیمری نیز موضوع با اهمیتی نزد دانشمندان و مهندسین پلیمر می‎باشد زیرا چنین معادلاتی قادرند رفتار پلیمرها را در محدوده وسیعی از دما و فشار پیش بینی نمایند بخصوص زمانی که مقادیر آزمایشگاهی موجود نباشند. در سال 1994، تائو و میسون با اضافه کردن ترم تصحیح اختلالی به منظور وارد کردن اثر جاذبه در معادله حالت ism آن را به شکل امروزی آن در آورده و معادله حالت tm را معرفی کردند. در این پایان نامه برای اولین بار معادله حالت تائو-میسون برای دستیابی به بهترین تطابق دادههای تجربی با دادههای محاسبه شده با اصلاح در این معادله برای کوپلیمرهای (پلی اتیلن-پروپیلن) pep، (پلی اتیلن- ونیل استات) peva ، (پلی اتیلن-ونیل الکل) pevoh،( پلی اتیلن-متاکریلیک اسید) pema، (پلی اتیلن-آکریلیک اسید )peaa، (پلی آکریلونیتریل-بوتادین) panb، (پلی استایرن-آکریلونیتریل) psan با استفاده از نرم افزار مطلب اجرا شد. در کار اول تصحیح ضریب دوم ویریال (b(t و b و ? با استفاده از پارامترهای جدیدی مانند دانسیته و دمای اتاق محاسبه گردید که میانگین مطلق انحراف برابر با 1.4 درصد شد. در کار دوم ضریب دوم ویریال با استفاده از معادله قطعی و بوشهری جایگزین گردید که میانگین مطلق انحراف برای معادله حالت تائو-میسون تصحیح شده 0.9 درصد بدست آمد. مقایسه مقادیر بدست آمده با استفاده از معادله حالت tm تصحیح شده با دادههای تجربی نشان میدهد که این تئوری توافق خوبی با دادههای تجربی دارد و میتواند مدلی کارآمد برای تخمین خواص حجمی کوپلیمرها باشد.

در این پژوهش نانو ذرات نقره از طریق احیای یون نقره توسط آسکوربیک اسید در حضور پلی وینیل پیرولیدون و سدیم سیترات سنتز گردید. عملکرد نانو ذرات نقره در الکترولیت 1/0 مولار هیدروکسید پتاسیم در یک سیستم سه الکترودی برای واکنش احیای اکسیژن مورد مطالعه قرار گرفت. سه نانو ذره¬ی متفاوت سنتز شد. کاتالیست 1: با غلظت 7/0 میلی مولار تری سدیم سیترات و دمای 50 درجه سانتی¬گراد. کاتالیست 2: با غلظت 35/0 میلی مولار تری سدیم سیترات و دمای 50 درجه سانتی¬گراد. کاتالیست 3: با غلظت 7/0 میلی مولار تری سدیم سیترات و دمای 25 درجه سانتی¬گراد. نتایج آزمایش¬های ولتامتری چرخه¬ای، روبش خطی پتانسیل، الکترود دیسک چرخان و طیف سنجی الکتروشیمیایی امپدانس نشان داد بهترین شرایط سنتز، غلظت 7/0 میلی مولار سدیم سیترات و 25 درجه می¬باشد.

در این تحقیق، سنتیک تولید اتیلن¬اکسید از واکنش اتیلن با رادیکال هیدروکسیل بررسی شده است. در ابتدا، ساختارهای بهینه شده ی واکنش دهنده ها، محصولات، کمپلکس های فعال و حد واسط¬ها در سطح mpwblk و مجموعه پایه 6-31+g(d,p) با برنامه گوسین 2003 بدست آمده اند. برای این واکنش، دو مسیر به دست آمد و سطح انرژی پتانسیل برای دو مسیر با روش mpwb1k محاسبه شده که این سطح انرژی پتانسیل با استفاده از دستور irc بدست آمده است. در مسیر اول دو حالت گذار و یک حد واسط و در مسیر دوم سه حالت گذار و دو حدواسط مشاهده شده است. انرژی کل محاسبه شده با استفاده از روش های مختلف برای تمام گونه¬ها گزارش شده است. همچنین انرژی نسبی گونه های مختلف این واکنش نسبت به reactant در سطوح مختلف و انرژی نقطه صفر در سطح mpwblk محاسبه شده است. دیاگرام انرژی پتانسیل برای دو مسیر در دو سطح mpwblk و ccsd(t)/6-31++g(d,p) رسم شده است. منحنی آرنیوس برای مسیر اول با در نظر گرفتن عامل تونل زنی و بدون در نظر گرفتن آن در دماهای مختلف آورده شده است. ثابت سرعت مسیر اول بر اساس تئوری rrkm محاسبه شده است. پدیده تونل زنی نقش مهمی را در محاسبات سنتیکی و دینامیکی واکنش ها به خصوص در دماهای پایین ایفا می کند. اثر تونل زنی روی ثابت سرعت مسیر اول محاسبه شده است. همچنین برای این واکنش پارامترهای ترمودینامیکی محاسبه شده است.

پیل سوختی روی-هوا یک منبع انرژی بسیار نوین به منظور استفاده در مقیاس صنعتی بوده که هنوز در مرحله تدوین تکنولوژی قرار دارد. این نوع پیلها با داشتن مزایایی چون دانسیته انرژی نسبتا بالا، ولتاژ کاری نسبتا خوب و عدم تولید مواد سمی و مخرب محیط زیست، میتواند به عنوان سوخت پاک در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد. هر تک سل الکتروشیمیایی از آند با سوخت روی، کاتد به نام الکترود نفوذ گاز، جداکننده مکانیکی و الکترولیت پتاسیم هیدروکساید تشکیل می شود. در این پژوهش واکنش احیای اکسیژن بر روی نانو خوشه های پلاتین (20% pt/c تجاری) در محیط قلیائی بر روی الکترود کربن گلاسه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل حاکی از کارایی این کاتالیست برای واکنش احیای اکسیژن در محیط قلیایی می باشد. سپس با کاتالیست فوق الکترود گاز نفوذی سه لایه ساخته شد؛ لایه اول لایه گاز نفوذ است که از کربن ولکان و تفلون به نسبت 70:30 ساخته شد، لایه دوم لایه فعال است که از نانو خوشه-های پلاتین و تفلون به نسبت 70:30 ساخته و این دو لایه در آخر برروی لایه سوم که توری نقره است نشانده شد. عملکرد الکترود ساخته شده در دماهای 30، 35، 40 و 45 درجه سانتی گراد و غلظت های 0/5، 1، 2، 3 و 4 مولار مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج حاصل نشان داد که شیب تافل الکترود ساخته شده در غلظت 0/5 مولار (دما(c°): شیب تافل 30: 100، 35: 119/2، 40: 103/2 و 45: 121/8) میباشد. سپس اثر غلظت الکترولیت بر روی الکترود بررسی شد که نتایج حاکی از این است که احیای اکسیژن در الکترود نفوذ گاز ساخته شده از مسیر دو الکترونی تبعیت میکند و بالاترین انرژی فعالسازی در غلظت 4 مولار مشاهده شد. در نهایت تک سل هوا-روی ساخته و منحنی پلاریزاسیون و دانسیته توان سل ساخته شده مورد ارزیابی قرار گرفت: این سل داری ولتاژ مدار باز 1/346 ولت و در ولتاژ 0/73 ولت دانسیته جریان 166/5 حاصل شد.

در این پژوهش نانو ذرات لیتیوم¬منگنز¬اکسید به روش سل- ژل ساخته شد. با استفاده از تفرق اشعه ایکس? ماهیت ماده تا?یید شد. اندازه ذرات و مورفولوژی به وسیله میکروسکوپ الکترونی روبشی تعیین شد. برای بررسی کارایی این نانوذرات در کاتد باتری یون لیتیوم چهار الکترود به شکل زیر ساخته شد. الکترود اول: مخلوط پودر ماده فعال ساخته شده و کربن ولکان xc-72r به عنوان افزودنی هدایتگر و تفلون(ptfe) به عنوان چسب? به ترتیب با نسبت 5:25:70 در حلال اتانول و چسباندن خمیر حاصل روی الکترود گلاسی کربن ساخته شد. الکترود دوم: مخلوط پودر ماده فعال و کربن ولکان به عنوان افزودنی هدایتگر و pvdf(پلی ونیلیدن دی فلوراید) به عنوان چسب? با همان نسبت 5:25:70 در حلال nmp(n- متیل-2- پیرولیدون) و چسباندن خمیر حاصل روی الکترود گلاسی کربن ساخته شد. الکترود سوم: مخلوط پودر ماده فعال با پودر گرافیت به عنوان افزودنی هدایتگر و pvdf به عنوان چسب? با همان نسبت 5:25:70 در حلال nmp و چسباندن خمیر حاصل روی الکترود گلاسی کربن ساخته شد. الکترود آخر: مخلوط پودر ماده فعال با میزان برابر از پودر گرافیت و کربن ولکان به عنوان ماده افزودنی هدایتگر و pvdf به عنوان چسب? با همان نسبت 5:25:70 در حلال nmp و چسباندن خمیر حاصل روی الکترود گلاسی کربن ساخته شد. برای ارزیابی عملکرد الکتروشیمیایی ماده کاتدی? از چهار الکترود ساخته در سیستم سه الکترودی در محلول آبی 5 مولار نیترات لیتیوم و اتمسفر نیتروژن و در دمای محیط? به عنوان الکترود کار? تست¬های ولتامتری چرخه ای در محدوده 1.7+ تا 1.2- ? کرونو پتاسیومتری و اسکن الکترو¬شیمیایی امپدانس گرفته و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشانگر عملکرد بهتر الکترود دوم و سوم است.

در این پژوهش چهار مولکول به کار رفته در سلول های خورشیدی پلیمری انتخاب شدند و به منظور به دست آوردن دانش از بازآرایی الکترونی در پاسخ چگالی الکترونی به اعمال میدان الکتریکی در سلول های خورشیدی پلیمری، میدان الکتریکی خارجی به آن ها اعمال شد. ابتدا به صورت تئوری و به کمک نظریه ی تابعیت چگالی و با روش b3lyp و با مجموعه ی پایه ی **g311++-6 بهینه شدند و سپس اعمال میدان در سه جهت فضایی و با مقادیر مختلف صورت گرفت. هم چنین از روش nbo، برای به دست آوردن بار هر اتم استفاده شد و سپس نمودار تغییرات بار هر اتم در میدان های مختلف رسم شد. نتایج این بررسی نشان می دهد که به طور کلی، اعمال یک میدان الکتریکی خارجی در یک مولکول باعث توزیع مجدد الکترون ها برای به دست آوردن حالت پایدار در مولکول می شود. با بررسی نمودارهای تغییر بار الکتریکی اتم ها، می توان نتیجه گرفت که تغییر بار که در واقع همان جابجایی الکترون هاست به جهت میدان اعمال شده و موقعیت اتم در مولکول و موقعیت اتم نسبت به جهتگیری میدان بستگی دارد و تغییر بار با دید کلاسیک سازگاری دارد. هم چنین با استفاده از فایل هایchk مربوط به هر مرحله و حالت بدون میدان، جابجایی الکترون برای هر سیستم مشاهده شد. با افزایش قدرت میدان اعمالی، جابجایی چگالی الکترونی نیز بیشتر می شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی نانو ساختارهای گرافن به حضور ناخالصی در سیستم بسیار حساس هستند. جایگزینی یک جفت از اتم های کربن₋کربن در بنزن توسط نیتروژن₋بور منجر به یک سری مولکول های هتروسیکلی می شود که سه ایزومر ساختاری آن شامل 1،2₋آزابورین، 1،3₋آزابورین و 1،4₋آزابورین می باشد. جایی که اتم بور و نیتروژن مجاور هم هستند، پایدارترین حالت می باشد و جایی که دو b‐n جایگزین دو c‐c می شود، زمانی که بور و نیتروژن به طور متوالی پشت سر هم جایگزین شوند، پایدارترین حالت می باشد. مشاهده شده است که نیتروژن و بور به طور قابل توجهی خواص الکترونیکی، نوری و الکتروشیمیایی نانولوله های کربنی را تغییر می دهند. تعداد کربن هایی که با بور و نیتروژن در گرافن می توانند جایگزین شوند، متنوع هستند . طبق نتایج این تحقیق در جایی که نیتروژن ها در بیرونی ترین جای حلقه قرار بگیرند، که با دو اتم بور و یک اکسیژن یا با یک اتم بور و یک کربن و یک هیدروژن پیوند دهند، پایدارترین ساختار را داریم. در جایی که نیتروژن ها درون حلقه باشند که یکی از آن ها با دو اتم بور و یک کربن و دیگری با دو اتم کربن و یک بور تشکیل پیوند دهند، ناپایدارترین ساختار را داریم، حتی ناپایدارتر از زمانی که نیتروژن ها و بور ها در حلقه های وسط صفحات گرافن قرار گرفته باشند.

گرافن ماده ای است که در آن تنها یکی از این لایه های گرافیت وجود دارد امکان حضور گرافن در محیط های مختلف با phهای متفاوت وجود دارد، لذا پروتونه شدن گرافن در حضور ترکیبات دهنده پروتون امکان پذیر است. پروتونه شدن گرافن از دو طریق می تواند خواص آن را تغییر دهد: 1- توزیع بار مثبت و 2- خروج گرافن از حالت مسطح.