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 6-31G* 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

1-1- مقدمه ………………2

1-2- نانوچیست؟…………………2

1-3- تاریخچه فناوری نانو……………………..3

1-4-کربن……………………..3

1-5- انواع گونه های کربن………………………3

1-5-1-گرافیت………………………..4

1-5-2- الماس………………….5

1-5-3-فولرن…………………….5

1-5-4-گرافن……………………..6

1-6- ­نانولوله های کربنی……………………7

1-7- تاریخچه نانولوله ها………………………..7

۱-8- انواع نانولوله های کربنی……………………7

1-8-1- نانولوله تک جداره……………………………8

2-8-2- نانو لوله چند جداره ………………………..8

1-8-3-فولرایت………………………..8

1-8-4- تروس یا حلقه ای………………………………8

1-8-5- ساختارهای غیر ایده آل……………………..8

1-9- ساختارنانولوله ها………………………….9

1-9-۱- ساختار هندسی…………………………9

1-9-2 – ساختارالکترونی……………………….10

1-10- فيزيکي و شيميايي نانو لوله ­ها …………………11

1-11- واكنش‌پذيري شيميايي نانولوله­ های کربنی……………….11

1-12- نانو لوله كربني- روشهاي ­توليد………….12

1-12-1- روش تخليه قوس الکتریکی…………12

1-12-2- روش فرسایش ليزر……………..13

1-12-3- رسوب بخار شيميايی……………..13

1-13- ويژگي هاي نانو لوله هاي كربني………………14

1-14- كاربردهای نانولوله‌های کربنی…………….16

1-14-1-کابل های برق…………………………16

1-14-2- حسگرها……………………16

1-14-3-پزشکی……………17

1-14-4-حافظه ­های ­نانولوله ­ای……………17

1-14-5- دیگر کاربردها………………..17

فصل دوم مقدمه ای بر شیمی محاسبات

2-1- شیمی محاسباتی…………………19

2-2- شيمي محاسباتي شامل روشهاي مختلف رياضي در دو مدل تقسيم بندي مي شود………………19

2-2-1- مدل مكانيك مولكولي……………….19

2-2-2- مدل مکانیک کوانتومی………………..20

2-3- تئوری ساختار الكتروني……………………….21

2-3-1- روش‌هاي نيمه تجربي………………………21

2-3-2- روش‌هاي آغازين (Ab initio)………………………21

2-3-3- روشهایی بر پایه نظریه تابعیت چگالی(DFT)……….21

2-4- مجموعه پایه…………………21

2-5- تئوری تابعیت چگالی(DFT)……………….22

2-5-1- قضیه هوهنبرگ – کوهن…………………….23

2-5-2- نظریه کوهن – شم………………….25

2-5-2- تابعیت­های تبادل – همبستگی…………………….26

2-6- تقریب های مورد استفاده در محاسباتDFT………………..27

2-6-1- تقریب دانسیته محلی(LDA)…………………….27

2-6-2- تقریب شیب تعمیم یافته (GGA)……………………..29

2-6-3- روش پیوستگی آدیاباتیک (ACM)…………………..30

2-7- پتانسیل مؤثر هسته (ECP)…………………….32

فصل سوم اشکال و جداول

3-1- اهمیت نانو لوله های کربنی (CNT)………………35

3-2- برنامه های محاسباتی مورد استفاده……………….35

3-3- جزئیات محاسباتی……………………36

3-4- شکل ساختارهای بهینه شده کمپلکس ها………………..36

3-5- جداول…………………….45

فصل چهارم نتایج و بحث

4-1- بررسی نتایج بدست آمده برای کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]……………………………60

4-1-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش کمپلکس[CNT-Ln(H₂O)_n]………………..60

4-1-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]………………62

4-1-3- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]…………66

4-1-4- بررسی نتایج بدست آمده از آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]…………68

4-2- بررسی نتایج کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n]…………………………….70

4-2-1- بررسی طول پیوندی و انرژی برهمکنش برای کمپلکس  [CNT-Ln(H₂)_n]…………………….70

4-2-2- بررسی هدایت الکتریکی کمپلکس  [ CNT-Ln(H₂)_n]……………….72

4-2-3- نتایج بدست آمده از آنالیز QTAIM در کمپلکس [CNT-Ln(H₂)n]…………………75

4-2-4- نتایج آنالیز NBO در کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n]…………………………76

4-3- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در نانولوله های BC3, BC2N…………………77

4-3-1- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC3…………………….77

4-3-2- بررسی ناخالصی اتم لانتانیدی در هدایت الکتریکی نانولوله BC2N………………80

4-4- نتیجه گیری……………84

4-5- پیشنهادات……………………84

منابع………………..85

فهرست شکل ها

شکل 1-1. انواع فرم های کربنی……………4

شکل1-2. صفحات گرافیت…………….4

شکل1-3. ساختار بلوری الماس………………5

شکل1-4. مولکول C₆₀ ………………….6

شکل1-5. ساختار اتمی صفحه گرافن…………………………6

شکل1-6. انواع نانولوله ­های تك ديواره، چند ديواره، فولرایت و تروس……………….8

شکل 1-7. بردار های هندسی نانولوله………………….9

شکل1-8. انواع نانولوله ­هاي كربني تك ديواره………….10

شکل 1-9. روال روش قوس الکتریکی………….12

شکل1-10. روش فرسایش لیزری…………………..13

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

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

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

شکل 3-4. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-La(H₂)_n]……………….38

شکل 3-5. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,CNT-Eu(H₂)_n]…………….39

شکل3-6. ساختارهای بهینه شده کمپلکس n=1,2,3 ,[CNT-Lu(H₂)_n]…………………39

شکل 3-7. ساختار بهینه شده نانولوله اولیه (6,0)BC3…………………………….40

شکل3-8. ساختار بهینه شده کمپلکس  La(6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتم B₆

شده است………….40

شکل 3-9. ساختار بهینه شده کمپلکسLa (6,0)BC3. در این ساختار کاتیون La جایگزین اتمC₇

شده است……….41

شکل 3-10. ساختار بهینه شده کمپلکس La(6,0)BC3. در این ساختارکاتیون La جایگزین اتم C₈

شده است………..41

شکل 3-11. ساختار بهینه شده نانولوله اولیه BC2N………………..42

شکل 3-12. ساختار بهینه شده نانولولهBC2N(6,0)La  در این ساختار اتم La جایگزین اتم N₅

شده است……………….42

شکل 3-13. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم  C₆

شده است…………………………..43

شکل 3-14. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La. در این ساختار اتم La جایگزین اتم C₇

شده است…………………….43

شکل 3-15. ساختار بهینه شده نانولوله BC2N(6,0)La در این ساختار اتم La جایگزین اتم B₈

شده است………………….44

شکل4-1. انرژی برهمکنش در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n] برحسب فاصلهLn…O ……………………………..62

شکل4-2. اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [CNT-La(H₂O)_n]…………………………………………64

شکل 4-3. نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های، CNT، [CNT-La] و [CNT-La(H₂O)]……………………65

شکل 4-4. گراف مولکولی کمپلکس [CNT-La(H₂O)₂] ……………………………………………………..67

شکل4-5. انرژی برهمکنش در کمپلکس  [ CNT-Ln(H₂)_n]بر حسب فاصله پیوندی Ln…H₂……………….72

شکل 4-6. اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [CNT-La(H₂)_n]……………………………………………73

شکل 4-7. نمایش چگالی حالت در،CNT ، [CNT-La] و [CNT-La(H₂)]………………………………..74

شکل 4-8. گراف مولکولی در کمپلکس [CNT-La(H₂)₂]………………………………………………………….76

شکل4-9. ساختار بهینه شده BC3(6,0)………………………………………………….78

شکل 4-10. اوربیتال های HOMO و LUMO در کمپلکس [BC3-La] ………………………………………………….79

شکل 4-11. نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های،BC3  و [BC3-La]……………………………………………………80

شکل4-12. ساختار بهینه شده نانولوله (6,0)BC2N……………………………………………………………………………………81

شکل 4-13. اوربیتال­های HOMO و  LUMOدر کمپلکس [BC2N-La]…………………………………………………82

شکل 4-14. نمایش چگالی حالت در کمپلکس­های،BC2N  و [BC2N-La]…………………………………………….83

فهرست جدول ها

جدول 3-1. فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-La(H₂O)_n]. فاصله ها بر حسب Å

می‌باشند………………….45

جدول 3-2. فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-Eu(H₂O)_n]. فاصله ها بر حسب Å

می‌باشند……………………………….45

جدول 3-3. فاصله و میانگین فاصله Ln-O برای کمپلکس [CNT-Lu(H₂O)_n]. فاصله ها بر حسب Å
می­باشند…………45

جدول 3-4. انرژی کل مولکولی (هارتری)، انرژی برهمکنش و میانگین انرژی برهمکنش (کیلوکالری بر مول) در کمپلکس­های [CNT-Ln(H₂O)_n]…………46

جدول 3-5. انرژی  HOMO (Highest occupied molecular orbital)و انرژی
LUMO (Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی درکمپلکس
[CNT-Ln(H₂O)_n] ………………………………46

جدول 3-6. ساختار الکترونی طبیعی و بار اتم برای کاتیون های لانتانیدی در کمپلکس
[CNT-Ln(H₂O)_n] بوسیله آنالیز NBO…………………………..47

جدول 3-7. نشان دهنده مرتبه پیوندی Ln…O برای کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n] براساس تعداد
مولکول های آب کئوردینه شده ……………………………………………48

جدول 3-8. میزان انرژی پایداری حاصل از فرایند انتقال بار در کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]………………….49

جدول 3-9. نتایج حاصل از آنالیز QTAIM برای کمپلکس [CNT-Ln(H₂O)_n]………………………………..50

جدول 3-10. فاصله و میانگین فاصله La…H₂ برای کمپلکس[CNT-La(H₂)_n]. فاصله ها بر حسب Å است…………….51

جدول 3-11. فاصله و میانگین Eu…H₂ فاصله برای کمپلکس [CNT-Eu(H₂)_n]. فاصله ها برحسب    Å
است…………………51

جدول 3-12. فاصله و میانگین فاصله  Lu…H₂برای کمپلکس [CNT-Lu(H₂)_n]. فاصله ها بر حسب Å است……………..51

جدول 3-13. انرژی کل مولکولی (هارتری)، انرژی برهمکنش و میانگین انرژی برهمکنش (کیلوکالری بر مول) در کمپلکس های[CNT-Ln(H₂)_n]……..52

جدول 3-14. 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 3-15. نتایج حاصل از آنالیز QTAIM برای کمپلکس [CNT-Ln (H₂)_n]………………………………………..53

جدول 3-16. ساختار الکترونی طبیعی و بار اتم برای کاتیون های لانتانیدی در کمپلکس
[CNT-Ln(H₂)_n] بوسیله آنالیز NBO………………………………………………………………………………………………………….54

جدول 3-17. نشان دهنده مرتبه پیوندی Ln…H₂ برای کمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n] براساس تعداد مولکول های هیدروژن کئوردینه شده ………56

جدول 3-18. میزان پایداری حاصل از فرایند انتقال بار درکمپلکس [CNT-Ln(H₂)_n]………………………………57

جدول 3-19. انرژی HOMO (Highest occupied molecular orbital) و انرژی LUMO
(Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی در کمپلکس [BC2N-La]…………………….57

جدول 3-20. انرژی HOMO (Highest occupied molecular orbital) و انرژی LUMO
(Lowest unoccupied molecular orbital) و ΔE شکاف انرژی در کمپلکس [BC3-La]……………………….58

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.

برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.