شبيه سازي نانوحسگر گرافن- اكسيد روي براي شناسايي و جداسازي متان و دي اكسيدكربن در دماي اتاق

Simulation of ZnO-GS nanosensor for detection and separation of CH4 and CO2at room temperature

در اين مقاله به بررسي نانوساختار گرافن- اكسيد روي براي شناسايي و جداسازي گازهاي دي اكسيدكربن و متان پرداخته شده است. در اين محاسبات، مكانيسم جذب، ساختارهاي الكتروني، چگالي حالت هاي الكتروني، فرآيندهاي انتقال بار و رسانندگي الكتريكي سيستم در دماي اتاق براي پيكربندي هاي مختلف حاصل از جذب دي اكسيدكربن و متان بر گرافن– اكسيد روي مطالعه شد. همه محاسبات با استفاده از نظريه تابعي چگالي و روش هاي DFT-GGA و vdW-DF انجام شده است. نتايج نشان داد اين نانوساختار توانايي بالايي براي شناسايي و جداسازي گازهاي متان و دي اكسيدكربن از يكديگر دارد و از آن مي توان به عنوان نانوحسگر براي شناسايي اين گازها استفاده كرد. همچنين توانايي نانو ساختار گرافن– اكسيد روي براي شناسايي گازهاي متان و دي اكسيد كربن توسط نتايح حاصل از تغييرات چگالي حالت هاي الكتروني، اوربيتال هاي الكتروني، طول پيوند و فرآيندهاي انتقال بار نيز تاييد شد. رسانندگي الكتريكي نانوحسگر گرافن– اكسيد روي در دماي اتاق بعد از جذب گازهاي متان و دي اكسيد كربن تغييرات محسوسي را نشان داد كه از آن مي توان به عنوان يك شاخصه براي شناسايي اين گازها استفاده كرد. نتايج حاصل با مطالعات تجربي و نظري منتشر شده براي مواردي كه وجود داشت، بررسي و در توافق با يكديگر مي باشند.

In this paper, the identification of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) and their separation from each other were studied using zinc oxide decorated on graphene sheets (ZnO-GS) nanostructure. In this set of calculations, adsorption mechanism, electron structures, density of energy states, charge transfer processes, and system electrical conductance were studied at room temperature for different configurations resulting from the adsorption of CH4 and CO2 on the ZnO-GS nanostructure. All calculations were done based on density functional theory (DFT) using DFTGGA and vdW-DF methods. The results indicated that the ZnO-GS nanostructure is useful in the identification and separation of CH4 and CO2 from each other. It can be used as a nanosensor for the identification of these gases. Further, the electrical conductance of ZnO-GS nanosensor at room temperature before and after the adsorption of CH4 and CO2 was investigated. The results revealed that at room temperature, the sensor’s electrical conductance increases following the adsorption of these gases, which can be used as an index for CH4 and CO2 identification. Another result obtained from the calculations is the significant difference between the adsorption energy of CH4 and CO2 gases on the ZnO-GS nanostructure, having the potential to change this nanosensor into a suitable option for the separation of methane and carbon dioxide from each other. The results obtained from this study are in congruence with the results of experimental and theoretical studies in literature