چکیده

هدف اصلی این تحقیق بررسی رفتار جذبی مولکول کربن مونوکسید بر روی سطوح مختلف گرافیت با استفاده از روش های محاسباتی نیمه تجربی Pm3. Am1 و Pm6 و محاسبات آغازین اختلال مولر پلست مرتبه ی دوم pm6می باشد. درگام اول این تحقیق‌، دقت و قابلیت روش های نیمه تجربی Pm3. Am1 و Pm6 در مدلسازی ساختارهای گرافیت شامل مدل‌های باسال ، آرمچیر و زیگزاک مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت‌. در این مرحله طول‌ها و زوایای پیوندی موجود در این ساختارها با داده های تجربی متناظر مقایسه گردید و نمودارهای ماکزیمم و میانگین انحراف ترسیم شد، این نمودارها نشان دادند که روش pm6 نسبت به دو روش pm3وam1 در مدلسازی ساختارهای گرافیت دقیق تر عمل می کـند و از طرف دیگر دو روش am1, pm3نتاچ نزدیک به هم را نشان دادند.
در گام بعد، تجزیه وتحلیل نمودارهای انرژی برهمکنش کربن مو نوکسید-گرافیت حاصل از نزدیک و دور کردن مولکول کربن مونوکسید به مدل‌های ساخـتاری گرافیت نشان می دهد که در مدل ساختاری باسال گرافیت برهمکنش های فیزیکی و در مدل‌های آرمچیر و زیگزاک عمدتا برهم کنش های شیمیایی روی می دهد. علاوه بر این نمودارهای انرژی برهمکـنش مولکول کربن مونوکسید با سطح باسال گرافیت و نیز میزان عمق چاه‌ها نشان داد که روش pm6 در مدلسازی برهمکنشکربن مونو کسیدگرافیت مطلوب تر عمل می‌کند. از سوی دیگر نمودارهای انرژی الکترونی حـاصل از محاسبات آغازین اختلال mp2 جهت‌گیری‌هایی که در آن مولکول کربن مونوکسید در راستای عمود به سطح باسال گرافیت نزدیک می‌شوند نسبت به جهت گیری که در آن مولکول کربن مونوکسید به صورت هم صفحه به سطح باسال نزدیک می‌شود برهمکنش فیزیکی قویتری را در پی خواهد داشت .
واژه های کلیدی‌: روش‌های نیمه تجربی‌، روش آغازین اختلال مولرپلست مرتبه ی دوم‌، مدل باسال‌، مدل آرمچیر، مدل زیگزاک‌، انرژی برهمکنش‌، برهمکنش فیزیکی‌، برهمکنش شیمیایی

نانولایه های گرافیتی

نانولایه های گرافیتی

فهرست مطالب

روش های محاسباتی‌ شیمی‌ کوانتومی

مکانیک مولکولی

نظریه ساختار

روش های آغازین

معادلات هارتری -‌فوک و روش میدان های خودسازگار

انواع محاسبات روش های آغازین

اثرات همبستگی و ناکارآمدی روش هارتری_فوک

نظریه اختلال مولرپلست

مجموعه های پایه‌

توابع نوع گوسین‌

مجموعه های پایه حداقل

سری های ظرفیتی شکافته

توابع پایه نفوذی

توابع پایه پلاریزه‌

روش آویزش و رفع خطای بر هم نهی مجموعه

نظریه تابعی چگالی‌

مبنای نظری روش تابعی چگالی

تکنیک پیمایش خطی

روش های نیمه تجربی

انواع روش های نیمه تجربی

جذب سطحی خی مولکول های کوچک بر سطح مختلف گرافیت‌: مرور مطالعات محاسبات

کربن مونو اکسید

نانوفناوری‌

عناصر پایه در فناوری نانو

کاربردهای فناوری نانو

پیرولیز: روشی جهت تولید نانولوله های کربنی

گرافیت و بررسی خواص آن‌

برهمکنش متان با سطح باسال گرافیت

برهمکنش مولکول های اکسیژن و نیتروژن با سطوح مختلف گرافیت

فصل‌٣ نتایج و تفسیر

مطالعه ی نیمه تجربی مدل های مختلف ساختاری گرافیت

مدل سازی برهمکنش کربن مونوکسید و گرافیت‌: مطالعه روش شناسی

محاسبات آغازین اختلال مولر-‌پلست مرتبه دوم در سیستم کربن مونوکسید- گرافیت‌

مقدمه
اصطلاح شیمی نظری را می توان به عنوان یک توصیف ریاضی از شیمی تعریف کرد. امروزه دو روش برای مسائل شیمی نظری وجـود دارد:‌شیمی نظری مححاسباتی‌ و شیمی نظری غیر محاسباتی‌ شیمی نظری محاسباتی به طور مقدماتی با محاسبه ساختارهای الکترونی‌، مولکولی و برهمکنش های مولکولی مورد توجه قرار می گیرد. شیمی کوانتومی غیر محاسباتی با فرمولبندی جبری برای خواص مولکول ها و واکنش آنها سروکار دارد.اصطلاح شیمی محاسباتی زمانی به کار برده می شود که یک روش ریاضی به اندازه ی کافـی برای حـل مسائل شیمی گسترش داده شده باشد و بتوان آنرا با استفاده از کامپیوترها محـاسبه کرد.شیمی محـاسباتی‌، کاربردی است از مهارت های شیمی‌،ریاضی و محاسباتی برای حل مسائل شیمی‌. این روش از کامپیوترها برای تولید اطلاعاتی از قبیل خواص مولکول ها یا شبیه سازی نتایج تجـربی استفاده می کند.جـنبه های بسیار اندکی از شیمی را می توان به طور دقیق محاسبه کرد ولی تقریبا هر بخش از آن را می توان به طور کیفی یا تقریبی با محاسبات توصیف کرد. شیمی محـاسباتی یک روش مناسب برای به دست آوردن خواص موادی است که به سختی در دسترس هستند و یا دارای قیمت بالایی هستند. این شاخه از شیمی همچـنین به شیمیدانان کمک می کند که قبل از انجـام یک آزمایش واقعی یک پیش بینی از نتیجه آزمایش داشته باشند. علاوه بر این‌، این امر به آنها کمک می کند تا برای مشاهده نتایج دلخواه گزینشی تر عمل کنند. مکانیک کوانتومی و کلاسیکـی و همچـنین ترمودینامیک آماری پایه ی بیشتر روش های شیمی محاسباتی و برنامه های کامپیوتری هستند زیرا این روش ها یک مدل ریاضی از اتم ها و مولکول ها محـاسباتی در حالت کلی می توان انواع توصیف می کنند. با استفاده از نرم افزارهای شیمی محاسبات زیراجرا نمود:

تعیین ساختار الکترونی

بهینه سازی هندسی

محاسبات فرکانس

تعیین حالت گذار و مسیر واکنش

محاسبات بر روی خواص ماکرومولکول ها

محاسبه توزیع بار و الکترون

محاسبه سطوح انرژی پتانسیل

محاسبه ثابت سرعت برای واکنش های شیمیایی‌(‌سینتیک‌)

محاسبات ترمودینامیکی از قبیل گرمای واکنش‌، انرژی فعالسازی و غیره

محاسبه بسیاری دیگر از خواص مولکولی و توده ماده

به طور کلی شیمی محاسباتی را می توان به دو دسته ی کلی طبقه بندی نمود: مکانیک مولکولی و نظریه ساختار الکترونی که در ادامه به معرفی آن ها خواهیم پرداخت‌.

مکانیک مولکولی و خواص
قوانین مرتبط با فیزیک کلاسیک برای پیشگویی ساختاردر مکانیک مولکولی از مولکولها استفاده می شود.بسیاری از برنامه های کامپیوتری شامل روش های مکانیک مولکولی بوده و این روش ها به طرق مختلف و با توجه به میدان نیروی به کار برده شده قابل استفاده هستند مکانیک مولکولی در انجام محاسبات ، الکترون های سیستم را به وضوح منظور ننموده و اثرات الکترونی را به طور ضمنی و از طریق پارامترهای تعیین شده بررسی می کند[ ٢٣،]‌. برای مثال در مکانیک مولکولی نانوتیوب کربنی یا صفحه گرافن به عنوان یک مولکول بسیار بزرگ با اتم های کربن در نظر گرفته می شود. این اتم ها ذرات مادی به حساب می آیند که حـرکات آن ها توسط پیوندهای کوالانسی بین آن ها مقید شده است . این پیوندها دارای سطوح انرژی پتانسیل مختلف می باشند که عبارتند از: انرژی کششی پیوند، انرژی خمشی پیوند ، انرژی های پیچشی ، انرژی برهمکنش واندروالسی و انرژی برهمکنش الکتروستاتیکی‌. انرژی پتانسیل کل بعد از حذف تاثیر نیروی الکتروستاتیک به صورت زیر قابل محاسبه است‌:

که در آن‌ بیانگر انرژی ناشی از کشش پیوند کوالانسی ، UG انرژی خمشی پیوند ، UQ} انرژی ناشی از پیچش پیوند ، uw برای پیچش خـارج از صفحه و ٧۵سـ بیانگر انرژی برهمکنش های واندروالسی می باشد.تمامی این انرژی ها در حالت تعادل صفر در نظر گرفته می شوند و در واقع مقادیر فوق نشان دهنده ی اختلاف از حالت پایدار می باشد[‌۴]‌.از محدودیت های روش مکانیک مولکولی اولا می توان گفت که هر میدان نیروی خاص فقط برای سری محدودی از مولکول ها نتایج خوبی را بدست می دهد و ثانیا در نظر گرفتن اثرات الکترونی به طور ضمنی و پارامتری باعث می شود که تخمین های مکانیک مولکولی در مسائل شیمیایی نظیر تشکیل پیوند،‌پیشگویی خواص شیمیایی مولکول و برهمکنش اوربیتال های مولکولی غیرقابل استناد و ناکارآمد باشد.

نظریه ساختار الکترونی
روش های ساختار الکترونی قوانین مکانیک کوانتومی را در محاسبات خود به کار برده و مولکولها براساس اجـزای تشکیل دهنده آنها(‌اتم‌،‌ا لکترون‌،‌پروتون و نوترونها) مورد مطالعه قرار می گیرند به عبارت دیگر بر خلاف نظریه مکانیک مولکولی ملاحظه صریح الکترونها به عمل می آید. قوانین مکانیک کوانتومی‌، انرژی و دیگر ویژگی‌های یک مولکول را از طریق حل معادله شرودینگر بدست می اورند:

حل دقیق معادله شرودینگر برای همه ی سیستم‌ها (‌به جـز سیستم‌های تک الکترونی‌) عملی نمی‌باشد که روش‌های ساختار الکترونی برای حل معادلات ، انواع مختلفی از تقریب‌های ریاضی را به کار می‌برند که روشهای محاسباتی باید با توجه به اندازه سیستم مورد مطالعه و خاصیتهایی که محـاسبه ی آنها موردنظر است‌،‌انتخاب شود[‌٣۵،]‌. مهم ترین روش های نظریه ساخـتار الکـترونی عبارتند از :‌روش های آغازین ، نیمه تجربی و نظریه تابعی چگالی که در ادامه اساس این روش ها را توضیح خواهیم داد.


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از بررسی محاسباتی مکانیسم واکنش پیرولیز بخارات کربن مونوکسید بر نانولایه های گرافیتی

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید