در این تحقیق اتصال پپتیدی نانولوله به صفحات گرافن مورد بررسی قرار گرفته است. از میان جنبه های مختلف قابل بررسی برای این ساختارها، مطالعات ساختاری، مطالعات مربوط به انرژی تشکیل پیوند، مطالعاتnmr) )neuclear magnetic resonance و nuclear quadrupole resonance (nqr)و molecular electrostatic potential (mep)، مطالعات مربوط به شکاف انرژی (band gap)هریک از این هیبریدهای نانولوله - گرافن و همچنین بررسی انتقالات بار در این ساختارها صورت گرفته است. بررسی های ساختاری بر روی هیبرید ها، مقایسه ای را بین میانگین طول پیوند پپتیدی بدست آمده از محاسبات و مقادیر تجربی آن، فراهم می کند. بطوری که مقدار تجربی گزارش شده 132/1 آنگسترم میباشد و از میان مدلهای هیبریدهای ساخته شده، هیبریدهای حاوی نانولوله 4 و 5 رینگی نزدیکترین مقدار را به مقادیر تجربی دارد. بررسی های مربوط به band gap نیز نتایج جالبی را نشان می دهد و نشان می دهد که این اتصالات موجب افزایش رسانایی الکتریکی هر یک از هیبریدها می شود. همچنین چگونگی تغییر band gap در هریک از مدل ها با استفاده از آنالیز density of state (dos) مورد بررسی قرار گرفته شده است و تغییرات band gap را به اثبات رسانید. محاسبات مربوط به آنالیز natural bond orbital (nbo) نیز انتقالات الکترونی از نانولوله کربنی به گرافن را نشان می دهد. محاسبات مربوط به واکنش تشکیل پیوند نشان داد که تشکیل پیوند برای نانولوله کربنی زیگزاگ و گرافن از طریق پل پپتید گرماگیر است. در این مطالعه، از روش محاسباتی نظریه تابعیت چگالی (dft) در سطح * b3lyp/6-31g با استفاده از نرم افزار gaussian برای انجام محاسبات مربوط به بهینه سازی مدل ها و همچنین سایر محاسبات استفاده شده است.

در این پژوهش، مطالعه ای نظری بر روی پیوندهای هیدروژنی در ساختارهای بلوری سه آمینو اسید متیونین هیدروکلراید، آسپارتیک اسید هیدروکلراید، و هیستیدین هیدروکلراید مونوهیدراته با استفاده از نظریه تابعیت چگالی انجام پذیرفته است. روند اثرات محیطی و همچنین هم افزایی بر روی پیوندهای هیدروژنی با استفاده از پارامترهای حاصل از محاسبات nmr و nqr بررسی شده اند. پیوندهای هیدروژنی اصلی در شبکه بلوری آمینو اسیدهای متیونین هیدروکلراید و آسپارتیک اسید هیدروکلراید از نوع n-h…cl است، حال آنکه پیوندهای هیدروژنی در شبکه بلوری هیستیدین هیدروکلراید تک آبه، n-h…cl، n-h…o و o-h…cl هستند. نتایج بدست آمده به خوبی اثرات محیطی و هم افزایی را نشان می دهند. همچنین پارامترهای ثابت جفت شدگی چهار قطبی هسته و پوشیدگی شیمیایی با استفاده از تابعیتهای b3lyp، cam-b3lyp، m06-2x و m06l محاسبه شده اند. مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج تجربی نشان می دهد که تابعیت m06l نسبت به سه تابعیت دیگر، نتایجی با صحت بالاتر و قابل اعتمادتری را حاصل می کند. بعلاوه به منظور مطالعه عمیق تر پدیده انتقال بار و اثرات هم افزایی روش اوربیتالهای پیوند طبیعی به کار بسته شده است.

در جستجوی یافتن حسگرها برای شناسایی و تشخیص مواد آلاینده محیط زیست، در این رساله جذب برخی از مولکولهای آلاینده از قبیل آکرولئین و هیدروژن سیانید برروی صفحات نانو مقیاس گرافن طبیعی و گرافن های دوپه شده با اتمهای فلزی alو شبه فلزی si مورد مطالعه قرار گرفتهاند. بدین منظور از روش محاسباتی dft و از مجموعههای پایه b3lyp و x3lyp کمک گرفته شده است. در بخش اول جذب مولکول آکرولئین برروی صفحه گرافن طبیعی و گرافن حاوی اتم al مورد مطالعه قرار گرفته است. پردازش اطلاعات بهدست آمده از قبیل مقدار بار انتقالی، بررسی میزان تغییرات شکاف انرژی و مقدار انرژی جذب نشان میدهند که گرافن طبیعی نمیتواند به عنوان یک حسگر ویژه و قابل اتکا برای شناسایی حضور آکرولئین بهکارگرفته شود، در حالیکه گرافن حاوی اتم al چنین قابلیتی را دارا است. با حفظ چنین فرضی در قسمت دوم رساله، به مطالعه جذب hcn برروی صفحات گرافنی شامل اتمهای دوپه شده alو si پرداختیم. بررسی تغییرات شکاف انرژی نشان میدهد که احتمالا صفحه گرافنی که با اتمهای si دوپه شده است، پتانسیل لازم برای شناسایی hcn را درکاربردهای عملی نخواهد داشت در حالیکه چنین فرضی برای گرافن حاوی اتم فلزی al همچنان مفروض است. اگرچه نتایج در بخش اول حاکی از قابلیت بالای گرافن شامل اتم al در شناسایی آکرولئین دارد، اما بدلیل اینکه دوپه کردن اتمهای فلزی و بهطور کلی اتمی متفاوت با ساختار اولیه مورد بررسی نیازمند صرف هزینه و استفاده از دستگاههای دقیق هستند و علاوه براین دقت بسیار بالایی میطلبند، یافتن شناساگرهایی که نیازمند چنین بازآرایی های اتمی نباشند، هدف بخش دوم تحقیقات در رساله حاضر می باشد. در بخش دوم جذب دو مولکول متفاوت nh3 , no2 برروی صفحات آلومینیوم نیترید (aln) مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. مطالعات ساختاری و بررسی های انتقال بار حاکی از آن است که برهم کنش این دو گونه با صفحه جاذب متفاوت است و صفحه aln میتواند بطور گزینشیno2 را در حضور آمونیاک شناسایی کند.