بررسي ابتدا به ساكن سنتز و خواص الكتروني فلوئوروگرافين در حضور ناخالصي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

فيزيك ماده چگال

دكتري

فلوئوردار كردن ورقه‌ي گرافين با كمك ديفلورايد زنون به تشكيل مشتقي از گرافين با عريض‌ترين شكاف نواري مي‌انجامد كه فلوئوروگرافين نام دارد. برخي مشاهده‌هاي تجربي دقيق حاكي از يك سازوكار دو مرحلهاي در فرآيند فلوئوردار شدن هستند، مرحله‌ي نيم فلوئوردار شدن كه در آن يك وجه گرافين به سرعت فلوئوردار مي‌شود و سپس وجه ديگر با سرعت بسيار كمتري فلوئوردار مي‌شود. همچنين مشاهده شده است كه افزايش دما، سرعت فلوئوردار شدن وجه دوم را به شدت افزايش مي‌دهد. ما در اينجا براي يافتن توضيحي در مورد نرخ بسيار پايين فلوئوردار شدن وجه دوم نسبت به وجه اول، از شبيه‌سازي‌هاي محاسباتي مبتني بر نظريه‌ي تابعي چگالي استفاده مي‌كنيم. ابتدا مسير انرژي جذب يك اتم فلوئور را روي وجه اول و وجه دوم محاسبه كرديم و متوجه شديم كه برخلاف انتظار، جذب بسيار قوي‌تري روي گرافين نيمه فلوئوردار شده در مقايسه با گرافين خالص مشاهده مي‌شود. به عبارت ديگر پس از جذب اتم‌هاي فلوئور روي وجه اول، وجه دوم گرافين تمايل بسيار بيشتري به جذب اتم فلوئور نشان مي‌دهد. هرچند در نگاه اول، اين رفتار مغاير با مشاهده‌هاي تجربي به نظر مي‌رسد، بررسي عميق‌تر منجر به شكل‌گيري ايده‌ي افزايش فعاليت شيميايي گرافين نيمه‌فلوئوردار شده در مقايسه با گرافين خالص مي‌شود. بدين صورت كه جذب اتم‌هاي فلوئور روي وجه اول گرافين، تمايل به جذب وجه دوم را نه فقط براي اتم‌هاي فلوئور بلكه براي هر گونه ذرات موجود در محيط افزايش مي‌دهد. براي تأييد اين ايده، انرژي جذب ذره‌هاي محتمل موجود در محيط شامل مولكولهاي هيدروژن، اكسيژن و نيتروژن و اتم زنون روي وجه اول و دوم گرافين محاسبه و مقايسه شد و فعاليت شيميايي بسيار بيشتر گرافين نيمه‌فلوئوردار شده در مقايسه با گرافين خالص كامل تأييد گرديد. بنابراين كند بودن فلوئوردار كردن وجه دوم گرافين را به ناخالصي‌هاي جذب شده روي اين وجه، نسبت مي‌دهيم. نتايج نشان مي‌دهد كه ليگاندهاي اكسيژن‐فلوئور، محتمل‌ترين ناخالصي‌هاي شيميايي هستند كه مانع فلوئوردار شدن كامل گرافين مي‌شوند. در ادامه يك سازوكار واجذب اكسيژن براي تشريح علت بهبود نرخ فرآيند فلوئوردار شدن كامل در اثر افزايش دما پيشنهاد داده مي‌شود. سپس امكان كاربرد فوتوكاتاليزوري نمونه‌هاي ايده‌آل و داراي نقص فلوئوروگرافين در چند واكنش زيست محيطي مهم مورد بحث قرار مي‌گيرد. همچنين پتانسيل كاربردي نقصهاي محتمل در فلوئوروگرافين به عنوان نقطه‌هاي رنگي بررسي مي‌شود. فلوئوروگرافين به عنوان يك ماده‌ي دوبعدي با شكاف نواري عريض مي‌تواند گزينه مناسبي براي ميزباني نقطه‌هاي رنگي باشد. بنابراين به بررسي نقص‌هاي محتمل در فلوئوروگرافين مانند نقص استون‐ولز(SW يا Stone-Wales)، جانشيني نيتروژن به جاي كربن (NC)، جانشيني سيليكن به جاي كربن (SiC كه احتمالا در گرافين اوليه وجود داشته و نقصهاي تهيجاي فلوئور)، جانشيني هيدروژن به جاي فلوئور (HF)، در در نهايت اكسيژن به جاي فلوئور (OF) كه احتمال در فرآيند فلوئوردار شدن گرافين تشكيل مي‌شوند، پرداختيم. پس از بدست آوردن ساختارهاي واهلش يافته، محاسبه و تحليل ساختارهاي نواري به منظور گزينش نقص‌هاي داراي ويژگي‌هاي مناسب نقطه‌هاي رنگي انجام شد. بعد از آن محاسبه‌هاي انرژي تشكيل براي بررسي پايداري نقصها انجام شد. بنابر نتيجه‌هاي به دست آمده و پايداري نقصها بر حسب مقدار μF، نقصهاي VF و NC مي‌توانند نقص‌هاي پايدار مناسب براي نقطه‌هاي رنگي در فلوئوروگرافين باشند.

229666

محاسباتي

فيزيك

دانشگاه صنعتي اصفهان