بررسی تأثیر پارامتر های ساختاری بر روی خواص الکترونی نانوساختار ها و سیستم هایی با ابعاد کم

خواص مواد با ابعاد کم اساساً با خواص توده ی آن ها تفاوت دارد و فهم ساختارمواد با ابعاد کم نیازمند کاربرد پذیره های بنیادی شیمیایی و فیزیکی است. شبکه ی کربن شش وجهی پایه و اساس ساختارهای بنیادی با ابعاد کم است. در این تحقیق خواص ساختاری، الکترونی و مغناطیسی نانوساختارهای صفر بعدی ( نانومخروط کربنی با 35 اتم کربن)، یک بعدی (نانولوله ی کربنی (3 ،3) با 36 اتم کربن) و دو بعدی (گرافن با 36 اتم کربن) و جذب h2s به عنوان یک مولکول آلاینده بر روی این سطوح با استفاده از نظریه ی تابعیت چگالی با به کارگیری تقریب gga و استفاده از تابع تابع pbe با توابع پایه ی موج تخت بررسی شده است. نانولوله ی کربنی (3 ،3) و نانومخروط کربنی در حالت خالص خاصیت فلزی و گرافن خاصیت شبه فلزی نشان می دهند. آلاییدن سطوح نام برده با اتم تیتانیم باعث تغییر خواص الکترونی و مغناطیسی می شود. سطح های نانومخروط-کربنی، نالوله ی کربنی (3،3) و گرافن در حالت خالص غیر مغناطیسی هستند ولی در حضور اتم تیتانیم خاصیت مغناطیسی به مقدار های 00/1، 43/1 و 68/2 بورمگنتون به سطح های نانومخروط کربنی، نانوله ی کربنی (3،3) و گرافن القا می شود. در حضور اتم تیتانیم خواص الکترونی سطح ها نیز تغییر می کند. سطح نانولوله ی کربنی هم چنان فلز باقی می ماند. سطح گرافن نیز با جابه جایی نقطه ی دیراک به طرف انرژی های پایین تر از سطح تراز فرمی خاصیت شبه فلزی خود را حفظ می کند. سطح نانومخروط کربنی خاصیت فلزی خود را از دست داده به سطح نیمه-رسانا با شکاف نواری 8098/0 الکترون ولت برای حالت اسپینی بالا و 5168/0 الکترون ولت برای حالت اسپینی پایین تبدیل می شود. مقایسه ی انرژی جذب اتم تیتانیم بر روی سطوح نانومخروط کربنی، نانولوله ی کربنی و گرافن نشان می دهد که پایدارترین حالت جذبی بر روی سطح نانومخروط کربنی با انرژی جذب 9633/2- الکترون ولت انجام می شود. ترسیم ساختار نواری و چگالی حالت های کل و تصویر شده ی اتم ها نیز تغییرات مشاهده شده را تایید می کند. علاوه بر این مولکول h2s با سطح های نانومخروط کربنی و گرافن در تمام موقعیت های جذبی، برهم کنش قابل ملاحظه ای نداشت. ولی مولکول h2s بر روی سطح نانولوله ی کربنی جذب شیمیایی (تفکیکی) با انرژی بالا (0286/1- الکترون ولت) از خود نشان می دهد. جذب مولکول بر روی سطح های نانومخروط کربنی، نانولوله ی کربنی (3 ،3) و گرافن آلاییده با اتم تیتانیم به صورت شیمیایی (تفکیکی) با انرژی جذب بالا است. نحوه ی تفکیک و جذب مولکول h2s بر روی این سه سطح با یک دیگر متفاوت است. بر روی سطح گرافن مولکول h2s به اتم های هیدروژن و گوگرد تفکیک شده و گوگرد به صورت ti-s جذب سطح می شود و اتم های هیدروژن هم با یک دیگر برهم کنش کرده و h2 تولید شده به صورت فیزیکی بر روی سطح جذب می شود. در سطح نانولوله ی کربنی (3 ،3) مولکول h2s به دو اتم هیدروژن و اتم گوگرد تفکیک شده و به صورت c-h و ti-s بر روی سطح جذب شیمیایی شده است. در سطح نانومخروط کربنی مولکول h2s به اجزای h و s-h تفکیک شده و به صورت ti-h و ti-s-h جذب سطح می شود. آلاییدن سطوح با اتم تیتانیم باعث افزایش واکنش پذیری سطوح کربنی با ابعاد کم شده و جذب تفکیکی مولکول بر روی سطوح نانومخروط کربنی و گرافن مشاهده می شود. از بین سطح های نانومخروط کربنی، نانولوله ی کربنی (3 ،3) و گرافن در حالت خالص و آلاییده با اتم تیتانیم، سطح گرافن آلاییده با اتم تیتانیم به عنوان کاندیدای مناسب تری برای حذف گاز h2s، تشخیص و اندازه گیری دقیق آن است. به دلیل اینکه جذب h2s بر روی سطح گرافن همراه با تولید هیدروژن مولکولی است.