بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی : پایان نامه ارشد شیمی فیزیک

بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی : پایان نامه ارشد شیمی فیزیک

سری جدیدی از پایان نامه های رشته شیمی در گرایش های مختلف آن را برای دانلود کاربران و دانشجویان دانشکده های علوم پایه قرار میدهیم . پایان نامه حاضر با عنوان  بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی (CNT) و نانولوله-های BC3،BC2N  در گرایش شیمی فیزیک  با فرمت ورد (قابل ویرایش) معرفی میگردد.

چکیده تحقیق بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی (CNT) و نانولوله-های BC3،BC2N:

در این پایان نامه، به بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله­ های کربنی (CNT)  و نانولوله­ های BC3،BC2N  پرداخته شده است. همچنین اثر کاتیونهای لانتانیدی (La3+,Eu3+,Lu3+) دکره شده در فرآیند جذب H2O و  H2در کمپلکس­های [CNT-Ln(H2O)n] و
[CNT-Ln(H2)n] بررسی گردیده است. محاسبات شیمی کوانتومی در سطح نظریه تابعیت چگالی، برای این کمپلکس­ها با استفاده از روش محاسباتی B3LYP و از مجموعه پایه ECP/7s 6p 5d برای اتمهای لانتانیدی و هم چنین از مجموعه پایه ۶-۳۱G* برای سایر اتم­ها انجام شده است. انرژی برهمکنش، آنالیز اتم­ها در مولکولها(AIM)  و آنالیز اوربیتال­های طبیعی پیوندی (NBO) در کمپلکس­های [CNT-Ln(H2O)n] و [CNT-Ln(H2)n] مطالعه شده ­اند. با جایگزین کردن کاتیون لانتانیوم در کمپلکسهای [BC3-La] و
[BC2N-La] نتایج محاسبات نشان داد که شکاف انرژی نسبت به نانولوله اولیه تغییر یافته و به ترتیب باعث کاهش و افزایش رسانایی در این کمپلکس­ها شده است.

کلمات کلیدی: نانولوله های کربنی  ، ذخیره سازی هیدروژن، ساختارالکترونی، نانولوله

مقدمه

شیمی­ فیزیک دانشی از علم شیمی است که به بررسی ماهیت شیمیایی سیستم های شیمیایی، از نظر اصول و قوانین نظری فیزیکی می­پردازد. در واقع شیمی فیزیک رابطه میان دو علم شیمی و فیزیک را برقرار می­کند و به دانش فیزیک بسیار نزدیک است. رشته­ هایی مانند نانو شیمی، شیمی سطح، شیمی کوانتوم، طیف سنجی مولکولی، ترمودینامیک، شیمی هسته­ای همه بیانگر ارتباط شیمی فیزیک به دانش فیزیک است

 

 

فهرست مطالب تحقیق بررسی نظری اثر حضور ناخالصیهای لانتانیدی بر روی ساختار الکترونی نانولوله های کربنی

فصل اول نانولوله های کربنی

۱-۱- مقدمه ………………۲

۱-۲- نانوچیست؟…………………۲

۱-۳- تاریخچه فناوری نانو……………………..۳

۱-۴-کربن……………………..۳

۱-۵- انواع گونه های کربن………………………۳

۱-۵-۱-گرافیت………………………..۴

۱-۵-۲- الماس………………….۵

۱-۵-۳-فولرن…………………….۵

۱-۵-۴-گرافن……………………..۶

۱-۶- ­نانولوله های کربنی……………………۷

۱-۷- تاریخچه نانولوله ها………………………..۷

۱-۸- انواع نانولوله های کربنی……………………۷

۱-۸-۱- نانولوله تک جداره……………………………۸

۲-۸-۲- نانو لوله چند جداره ………………………..۸

۱-۸-۳-فولرایت………………………..۸

۱-۸-۴- تروس یا حلقه ای………………………………۸

۱-۸-۵- ساختارهای غیر ایده آل……………………..۸

۱-۹- ساختارنانولوله ها………………………….۹

۱-۹-۱- ساختار هندسی…………………………۹

۱-۹-۲ – ساختارالکترونی……………………….۱۰

۱-۱۰- فيزيکي و شيميايي نانو لوله ­ها …………………۱۱

۱-۱۱- واكنش‌پذيري شيميايي نانولوله­ های کربنی……………….۱۱

۱-۱۲- نانو لوله كربني- روشهاي ­توليد………….۱۲

۱-۱۲-۱- روش تخليه قوس الکتریکی…………۱۲

۱-۱۲-۲- روش فرسایش ليزر……………..۱۳

۱-۱۲-۳- رسوب بخار شيميايی……………..۱۳

۱-۱۳- ويژگي هاي نانو لوله هاي كربني………………۱۴

۱-۱۴- كاربردهای نانولوله‌های کربنی…………….۱۶

۱-۱۴-۱-کابل های برق…………………………۱۶

۱-۱۴-۲- حسگرها……………………۱۶

۱-۱۴-۳-پزشکی……………۱۷

۱-۱۴-۴-حافظه ­های ­نانولوله ­ای……………۱۷

۱-۱۴-۵- دیگر کاربردها………………..۱۷

فصل دوم مقدمه ای بر شیمی محاسبات

۲-۱- شیمی محاسباتی…………………۱۹

۲-۲- شيمي محاسباتي شامل روشهاي مختلف رياضي در دو مدل تقسيم بندي مي شود………………۱۹

۲-۲-۱- مدل مكانيك مولكولي……………….۱۹

۲-۲-۲- مدل مکانیک کوانتومی………………..۲۰

۲-۳- تئوری ساختار الكتروني……………………….۲۱

۲-۳-۱- روش‌هاي نيمه تجربي………………………۲۱

۲-۳-۲- روش‌هاي آغازين (Ab initio)………………………21

۲-۳-۳- روشهایی بر پایه نظریه تابعیت چگالی(DFT)……….21

۲-۴- مجموعه پایه…………………۲۱

۲-۵- تئوری تابعیت چگالی(DFT)……………….22

۲-۵-۱- قضیه هوهنبرگ – کوهن…………………….۲۳

۲-۵-۲- نظریه کوهن – شم………………….۲۵

۲-۵-۲- تابعیت­های تبادل – همبستگی…………………….۲۶

۲-۶- تقریب های مورد استفاده در محاسباتDFT………………..27

۲-۶-۱- تقریب دانسیته محلی(LDA)…………………….27

۲-۶-۲- تقریب شیب تعمیم یافته (GGA)……………………..29

۲-۶-۳- روش پیوستگی آدیاباتیک (ACM)…………………..30

۲-۷- پتانسیل مؤثر هسته (ECP)…………………….32

فصل سوم اشکال و جداول

۳-۱- اهمیت نانو لوله های کربنی (CNT)………………35

۳-۲- برنامه های محاسباتی مورد استفاده……………….۳۵

۳-۳- جزئیات محاسباتی……………………۳۶

۳-۴- شکل ساختارهای بهینه شده کمپلکس ها………………..۳۶

۳-۵- جداول…………………….۴۵

فصل چهارم نتایج و بحث

۴-۱- بررسی نتایج بدست آمده برای کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]……………………………60

۴-۱-۱- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش کمپلکس[CNT-Ln(H2O)n]………………..60

۴-۱-۲- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]………………62

۴-۱-۳- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]…………66

۴-۱-۴- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]…………68

۴-۲- بررسی نتایج کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]…………………………….70

۴-۲-۱- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش برای کمپلکس  [CNT-Ln(H2)n]…………………….70

۴-۲-۲- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس  [ CNT-Ln(H2)n]……………….72

۴-۲-۳- نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]…………………75

۴-۲-۴- نتایج آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]…………………………76

۴-۳- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در نانولوله های BC3, BC2N…………………77

۴-۳-۱- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC3…………………….77

۴-۳-۲- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC2N………………80

۴-۴- نتیجه گیری……………۸۴

۴-۵- پیشنهادات……………………۸۴

منابع………………..۸۵

 

فهرست شکل ها

شکل ۱-۱٫ انواع فرم های کربنی……………۴

شکل۱-۲٫ صفحات گرافیت…………….۴

شکل۱-۳٫ ساختار بلوری الماس………………۵

شکل۱-۴٫ مولکول C60 ………………….6

شکل۱-۵٫ ساختار اتمی صفحه گرافن…………………………۶

شکل۱-۶٫ انواع نانولوله ­های تك ديواره، چند ديواره، فولرایت و تروس……………….۸

شکل ۱-۷٫ بردار های هندسی نانولوله………………….۹

شکل۱-۸٫ انواع نانولوله ­هاي كربني تك ديواره………….۱۰

شکل ۱-۹٫ روال روش قوس الکتریکی………….۱۲

شکل۱-۱۰٫ روش فرسایش لیزری…………………..۱۳

شکل ۳-۱٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-La(H2O)n ]……………………..37

شکل ۳-۲٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Eu(H2O)n ]…………………37

شکل ۳-۳٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Lu(H2O)n]……………….38

شکل ۳-۴٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-La(H2)n]……………….38

شکل ۳-۵٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,CNT-Eu(H2)n]…………….39

شکل۳-۶٫ ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Lu(H2)n]…………………39

شکل ۳-۷٫ ساختار بهینه شده نانولوله اولیه (۶,۰)BC3…………………………….40

شکل۳-۸٫ ساختار بهینه شده کمپلکس  La(6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتم B6

شده است………….۴۰

شکل ۳-۹٫ ساختار بهینه شده کمپلکسLa (6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتمC7

شده است……….۴۱

شکل ۳-۱۰٫ ساختار بهینه شده کمپلکس La(6,0)BC3. در این ساختارکاتیون La جایگزین اتم C8

شده است………..۴۱

شکل ۳-۱۱٫ ساختار بهینه شده نانولوله اولیه BC2N………………..42

شکل ۳-۱۲٫ ساختار بهینه شده نانولولهBC2N(6,0)La  در این ساختار اتم La جایگزین اتم N5

شده است……………….۴۲

شکل ۳-۱۳٫ ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم  C6

شده است…………………………..۴۳

شکل ۳-۱۴٫ ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La. در این ساختار اتم La جایگزین اتم C7

شده است…………………….۴۳

 

شکل ۳-۱۵٫ ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم B8

شده است………………….۴۴

شکل۴-۱٫ انرژی برهمکنش در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n] برحسب فاصلهLn…O ……………………………..62

شکل۴-۲٫ اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [CNT-La(H2O)n]…………………………………………64

شکل ۴-۳٫ نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های، CNT، [CNT-La] و [CNT-La(H2O)]……………………65

شکل ۴-۴٫ گراف مولکولی کمپلکس [CNT-La(H2O)2] ……………………………………………………..67

شکل۴-۵٫ انرژی برهمکنش در کمپلکس  [ CNT-Ln(H2)n]بر حسب فاصله پیوندی Ln…H2……………….72

شکل ۴-۶٫ اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [CNT-La(H2)n]……………………………………………73

شکل ۴-۷٫ نمایش چگالی حالت در،CNT ، [CNT-La] و [CNT-La(H2)]………………………………..74

شکل ۴-۸٫ گراف مولکولی در کمپلکس [CNT-La(H2)2]………………………………………………………….76

شکل۴-۹٫ ساختار بهینه شده BC3(6,0)………………………………………………….78

شکل ۴-۱۰٫ اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [BC3-La] ………………………………………………….79

شکل ۴-۱۱٫ نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های،BC3  و [BC3-La]……………………………………………………80

شکل۴-۱۲٫ ساختار بهینه شده نانولوله (۶,۰)BC2N……………………………………………………………………………………81

شکل ۴-۱۳٫ اوربیتال­های HOMO و  LUMOدر کمپلکس [BC2N-La]…………………………………………………82

شکل ۴-۱۴٫ نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های،BC2N  و [BC2N-La]…………………………………………….83

 

فهرست جدول ها

جدول ۳-۱٫ فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-La(H2O)n]. فاصله ها بر حسب Å

می‌باشند………………….۴۵

جدول ۳-۲٫ فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-Eu(H2O)n]. فاصله ها بر حسب Å

می‌باشند……………………………….۴۵

جدول ۳-۳٫ فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-Lu(H2O)n]. فاصله ها بر حسب Å
می­باشند…………۴۵

جدول ۳-۴٫ انرژی کل مولکولی (هارتری)، انرژی برهمکنش و میانگین انرژی برهمکنش (کیلوکالری بر مول) در کمپلکس­های [CNT-Ln(H2O)n]…………46

جدول ۳-۵٫ انرژی  HOMO (Highest occupied molecular orbital)و انرژی
LUMO (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی درکمپلکس
[CNT-Ln(H2O)n] ………………………………46

جدول ۳-۶٫ ساختار الکترونی طبیعی و بار اتم برای کاتیون های لانتانیدی در کمپلکس
[CNT-Ln(H2O)n] بوسیله آنالیز NBO…………………………..47

جدول ۳-۷٫ نشان دهنده مرتبه پیوندی Ln…O برای کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n] براساس تعداد
مولکول های آب کئوردینه شده ……………………………………………۴۸

جدول ۳-۸٫ میزان انرژی پایداری حاصل از فرایند انتقال بار در کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]………………….49

جدول ۳-۹٫ نتایج حاصل از آنالیز QTAIM برای کمپلکس [CNT-Ln(H2O)n]………………………………..50

جدول ۳-۱۰٫ فاصله و میانگین فاصله La…H2 برای کمپلکس[CNT-La(H2)n]. فاصله ها بر حسب Å است…………….۵۱

جدول ۳-۱۱٫ فاصله و میانگین Eu…H2 فاصله برای کمپلکس [CNT-Eu(H2)n]. فاصله ها برحسب    Å
است…………………۵۱

جدول ۳-۱۲٫ فاصله و میانگین فاصله  Lu…H2برای کمپلکس [CNT-Lu(H2)n]. فاصله ها بر حسب Å است……………..۵۱

جدول ۳-۱۳٫ انرژی کل مولکولی (هارتری)، انرژی برهمکنش و میانگین انرژی برهمکنش (کیلوکالری بر مول) در کمپلکس های[CNT-Ln(H2)n]……..52

جدول ۳-۱۴٫ انرژی HOMO (Highest occupied molecular orbital) و انرژیLUMO
(Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی در برای کمپلکس [CNT-Ln(H2)n]…….52

جدول ۳-۱۵٫ نتایج حاصل از آنالیز QTAIM برای کمپلکس [CNT-Ln (H2)n]………………………………………..53

جدول ۳-۱۶٫ ساختار الکترونی طبیعی و بار اتم برای کاتیون های لانتانیدی در کمپلکس
[CNT-Ln(H2)n] بوسیله آنالیز NBO………………………………………………………………………………………………………….54

جدول ۳-۱۷٫ نشان دهنده مرتبه پیوندی Ln…H2 برای کمپلکس [CNT-Ln(H2)n] براساس تعداد مولکول های هیدروژن کئوردینه شده ………۵۶

جدول ۳-۱۸٫ میزان پایداری حاصل از فرایند انتقال بار درکمپلکس [CNT-Ln(H2)n]………………………………57

جدول ۳-۱۹٫ انرژی HOMO (Highest occupied molecular orbital) و انرژی LUMO
(Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی در کمپلکس [BC2N-La]…………………….57

جدول ۳-۲۰٫ انرژی HOMO (Highest occupied molecular orbital) و انرژی LUMO
(Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی در کمپلکس [BC3-La]……………………….58

 

 

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0