منصة الرسائل والاطاريح: إمكانية توظيف أشرطة الجرافين النانوية كمتحسس لبعض الغازات السامة بأستخدام نظرية دالية الكثافة

الخلاصة

استخدمنا شرائط الجرافين النانوية النقية والمطعمة لتحديد الغازات السامة وهي البروم (Br2) والأمونيا (NH3) وأحادي أكسيد الكربون ((CO تبحث الدراسة الحالية في استخدام شريط الجرافين النانوي في الحالة النقية والمطعمة كمستشعر للغاز واستخدامه في الطاقة المتجددة. الحسابات الكمية المستخدمة في الدراسة الحالية هي نظرية دالة الكثافة (DFT) ونظرية دالة الكثافة المعتمدة على الزمن (TD-DFT). تستخدم DFT لحساب خصائص الحالة الأرضية مثل الخصائص الهندسية والطاقة الكلية وفجوة الطاقة وطاقة التأين والالفة الإلكترونية وطاقة الامتزاز. تم استخدام طريقة TD-DFT للحالات المتهيجة مثل الطيف المرئي (الاشعة فوق البنفسجية). يُظهر حساب التركيب الهندسي أن كل أطوال الاواصر للشريط النانوي النقي والمطعم يكون مقارب مع النتائج التجريبية. أيضا الشريط النانوي المطعم بذرة الكبريت (S) او بــذرة الألمنيوم (Al) يعمل على تمديد تركيب الجرافين كعلامة على تعديل خصائص الشريط النانوي. نظريًا، تم اختيار شريط نانوي يتكون من 116 ذرة بأبعاد N = 4 وM = 4 وطول شريط النانو يساوي (1.4 نانومتر). تم إجراء عملية الامتزاز لكل من الغازات السامة التالية (الأمونيا والبروم وأول أكسيد الكربون. تم تطعيم الأشرطة بأربع ذرات كبريت في مواقع محددة لغرض تحسين الحساسية للغازات المذكورة. ثم تم استبدال ذرات الكبريت بذرات الألومنيوم لنفس الغرض. عمليًا، تم استخدام طريقة الصب لتحضير أغشية رقيقة لكل من أغشية الجرافين G والألومنيوم Al والجرافين-الألمنيوم G-Al بنسب معينة من هذه الخلائط. لوحظ أن الجرافين مستقر لجميع الأطوال الموجية. كما لوحظ أن الامتصاص يتناقص مع زيادة نسبة الألمنيوم. Al لديه أعلى نفاذية ، مقابل الجرافين الذي لديه أدنى نفاذية. يُظهر حساب طاقة الامتزاز لشريط الجرافين النانوي النقي أن له تفاعلًا عاليًا مع غاز البروم Br2 مقارنةً بـالغازات الأخرى (NH3,CO). تظهر أيضًا طاقة الامتزاز أن غاز Br2 وCO يتفاعلان كيميائيًا مع سطح شريط الجرافين النانوي. غاز الامونيا له تفاعل فيزيائي مع سطح الشريط. يقوم الشريط النانوي من الجرافين المطعم بـ S وAl بتعديل طاقة الامتزاز وهذا واضح في. S-doped تغير تفاعل NH3 من الامتزاز الفيزيائي إلى الكيميائي. يتميز غاز Br2في جميع الأنظمة بتفاعلية عالية مع السطح (الجرافين النقي، والمطعم بـ S، والمطعم بـ Al). تظهر الحسابات الطيف المرئي للأشعة فوق البنفسجية أن جزيء الغاز التفاعلي مع سطح شريط الجرافين النقي له تحول أحمر. الشريط النانوي Al-doped له إزاحة نحو المنطقة الحمراء للإشعاع الكهرومغناطيسي. أخيرًا، الشريط النانوي S-doped يحتوي على إزاحة نحو الاطوال الموجية الزرقاء للإشعاع الكهرومغناطيسي. فجوة الطاقة في الجزئين النظري والعملي في دراستنا لها قيم متساوية تقريبًا.