مطالعه نظری جذب متان بر روی نانولوله کربنی تک دیواره (0و8) آرایش یافته با دیمر نقره - پالادیوم

محورهای موضوعی : کاربرد نانوساختارها

زهرا کرمی هرستانی ¹ ( گروه مهندسی برق، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران )
صابر جمالی حاجیانی ² ( گروه مهندسی برق، واحد شیراز، دانشگاه آزاد اسلامی، شیراز، ایران )

تاریخ دریافت : 1401/11/09 تاریخ پذیرش : 1401/12/15 تاریخ انتشار : 1401/06/01

کلید واژه: متان, نظریه تابعی چگالی, نانولوله کربنی, دیمر نقره-پالادیوم,

چکیده مقاله :

در مقاله حاضر نانولوله کربنی (0و8) آرایش یافته با دیمر نقره-پالادیوم و خواص حسگری آن در مجاورت مولکول متان، با استفاده از نظریه تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفته است. جذب مولکول متان بر روی ساختار از نوع فیزیکی و گرماده با انرژی جذب 340meV- است. مقدار انرژی جذب حاکی از افزایش قابل توجه جذب مولکول متان بر روی نانولوله آرایش یافته در مقایسه با نانولوله خالص(80meV-) می‌باشد. ساختار پیشنهادی در حالت بدون گاز یک نیمه هادی مغناطیسی دوقطبی با گاف وارونگی اسپین بسیار کوچک برابر با 150meV- است، از سوی دیگر انرژی جذب متان بر روی ساختار مقدار قابل توجه در حدود دو برابر گاف انرژی می‌باشد. همین امر امکان تزریق حامل به نانولوله در اثر گرمای واکنش و به دنبال آن تغییر هدایت را فراهم می‌آورد. بنابراین ساختار پیشنهادی، پتانسیل به‌کارگیری به عنوان حسگر بر مبنای تغییر دمای واکنش و تغییر رسانایی را دارا می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

In the present paper, methane adsorption on the (8,0) single wall carbon nanotube decorated with Ag-Pd dimer is investigated using density functional theory. The results show that methane adsorption on the nanotube is an exothermic and physical process accompanied with the adsorption energy of -340 meV. The amount of adsorption energy indicates a significant increase in the adsorption energy of methane molecule on the decorated nanotube compared to pure one (-80 meV). The proposed structure before methane adsorption is a bipolar magnetic semiconductor with a small gap (-150 meV). On the other hand, methane adsorption energy is about twice the energy gap. This allows the carrier to be injected into the nanotube due to the heat of the reaction, followed by a change in conductivity. Therefore, the proposed structure has the potential to be used as a sensor based on reaction temperature and conductivity change.

منابع و مأخذ:

1. G. De Smedt, F. De Corte, R. Notele, J. Berghmans, J. Hazard. Mater., 70, 105 (1999).
2. M.J. Bezdek, S.-X.L. Luo, K.H. Ku, T.M. Swager, PNAS, 118, e2022515118(2021).
3. G. Chimowa, Z.P. Tshabalala, A.A. Akande, G. Bepete, B. Mwakikunga, S.S. Ray, E.M. Benecha, Sens. Actuators B Chem., 247, 11(2017).
4. H. Cui, X. Zhang, J. Zhang, M. Ali Mehmood, ACS omega, 3, 16892(2018).
5. T. Hong, J.T. Culp, K.-J. Kim, J. Devkota, C. Sun, P.R. Ohodnicki, TrAC, Trends Anal. Chem., 125, 115820(2020).
6. N. Janudin, N. Abdullah, F.M. Yasin, M.H. Yaacob, M.Z. Ahmad, L.C. Abdullah, R.N.I.R. Othman, N.A.A. Syah, S. Sobri, N.A.M. Kasim, JDSET, 1, 2(2018).
7. M.-Z. Jiao, X.-Y. Chen, K.-X. Hu, D.-Y. Qian, X.-H. Zhao, E.-J. Ding, Rare Metals, 40, 1515(2021).
8. G. Verma, A. Gupta, J. Mater. NanoSci., 9, 3(2022).
9. Y. Wang, J.T. Yeow, J. Sens., (2009). https://doi.org/10.1155/2009/493904
10. J. Li, X. Huang, W. Shi, M. Jiang, L. Tian, M. Su, J. Wu, Q. Liu, C. Yu, H. Gu, Sens. Actuators B Chem., 330, 129311(2021).
11. I. Sharafeldin, S. Garcia-Rios, N. Ahmed, M. Alvarado, X. Vilanova, N.K. Allam, J. Environ. Chem. Eng., 9, 104534(2021).
12. J.K. Kim, M. Han, Y. Kim, H.K. An, S. Lee, S.H. Kong, D. Jung, J. Nanosci. Nanotechnol., 21, 3707(2021).
13. S.-J. Young, Y.-H. Liu, Z.-D. Lin, K. Ahmed, M.N.I. Shiblee, S. Romanuik, P.K. Sekhar, T. Thundat, L. Nagahara, S. Arya, J. Electrochem. Soc., 167, 167519(2020).
14. M. Orio, D.A. Pantazis, F. Neese, Photosynth. Res., 102, 443(2009).
15. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G.L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, J. Condens. Matter Phys., 21, 395502,(2009).
16. M. Ernzerhof, J.P. Perdew, Chem. Phys., 109, 3313(1998).
17. S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich, H. Krieg, Chem. Phys., 132, 154104(2010).
18. R. Evarestov, V. Smirnov, Phys. Rev. B Condens. Matter, 70, 233101(2004).
19. C. Yan, Q. Zeng, J. Zhu, Carbon Lett., 29, 625(2019).
20. Z.K. Horastani, F.K. Horestani, S.J. Hajiani, R. Safaiee, S.J. Hashemifar, IEEE Access, 9, 122951(2021).
21. Y.H. Zhang, Y.B. Chen, K.G. Zhou, C.H. Liu, J. Zeng, H.L. Zhang, Y. Peng, Nanotechnology, 20(18), 185504(2009).
22. S. Peng, K. Cho, P. Qi, H. Dai, Chem. Phys. Lett., 387(4-6), 271(2004).