نانومخروط بور نيتريدي BNNC جايگزين شده با جايگاه فعال شبه كلروفيل: حسگري گزينش پذير براي گاز اكسيژن

Boron Nitride Nanocone BNNC Induced with Chlorophyll like Active Site: A Selective Sensor for Oxygen

در اين پژوهش پايداري و ويژگي هاي الكتروني نانومخروط بور نيتريد تك ديواره 120 درجه (BNNC) با محاسبه هاي نظريه تابعي چگالي (DFT)، مورد بررسي قرار گرفته است. در مدل پيشنهادي يك حلقه چهارتايي و 56 حلقه شش تايي وجود دارد و به منظور اشباع شدن دهــانه نانومخروط از اتم هاي هيدروژن اســــتفاده شده است. در مرحله دوم با ايجاد نقص در نانومخروط بور نيتريد و ايجاد يك برش عرضي در راس آن، ساختاري همانند با پورفيرين در نانومخروط بور نيتريد اوليه جايگزين شده و تركيب P-BNNC به دست آمده است. مرحله سوم يون +2Mgدر مركـــــز حفره ي P-BNNC قرار داده شده و مدل شبه كلروفيل (Mg-P-BNNC) به دست آمده است. در آخرين مرحله برهم كــــنش بين گازهاي 2CO، CO، 2H و 2O با مركز فلزي تركيب Mg-P-BNNC مطالعه شده است. مولكول هاي گازي 2COو 2 H فقط از سايت بيروني بر روي اتم فلزي منيزيم جذب مي شوند اما گاز CO از هر دو سايت دروني و بيرونــــي جذب مي شود. گاز 2O فقط از سايت دروني جذب بسيار زيادي دارد.با جــــذب فيزيكي گازهاي 2CO، CO و 2H روي Mg-P-BNNC، مقدار شكاف نوار به تقريب ثابت بوده و در نتيجه رسانايي مولكول Mg-P-BNNC در اثر جذب اين گازها تغيير چشمگيري پيدا نكرده است و حسگر مناسبي براي اين گازها نيست. نكته قابل توجه، تغيير چشمگير در مقدار شكاف نوار و نيز در رسانايي تركيب Mg-P-BNNC با جذب گاز اكسيژن برروي سايت دروني مي باشد. در نتيجه Mg-P-BNNC حسگري مناسب و گزينش پذير براي گاز اكسيژن در حضور گازهاي 2CO، CO و 2H است. محاسبه هاي DOS و NBOنيز اين نتيجه ها را تاييد مي كند.

In this study, the structural and electronic properties of a boron nitride nanocone (BNNC) with 120° disclination were investigated using density functional theory calculations. In the considered model, there are one tetragonal ring and 56 hexagonal rings, with the mouth of nanocone saturated by the hydrogen atoms. In the second step, with making defect in boron nitride nanocone and transverse cutting on its apex, the structure similar to porphyrin was induced in preliminary boron nitride nanocone and the P-BNNC compound was produced. In the third step, the Mg²⁺ ion was placed in the center of the produced core in P-BNNC and the chlorophyll like structure (Mg- P-BNNC) was formed. In the final step, the interactions between CO₂, CO, H₂ and O₂ gas molecules and the exterior and interior surface of Mg- P-BNNC compound was studied. The CO₂ and H₂ gas molecules adsorbed only on the Mg metal atom on the exterior site but, the CO molecule was adsorbed from both the exterior and interior site of Mg- P-BNNC. However, the O₂ gas molecule has high adsorption only from the interior site of Mg- P-BNNC. With the adsorption of CO₂, CO and H₂ gases on Mg- P-BNNC, the band gap is approximately constant and so, the conductivity of Mg- P-BNNC molecule has not significantly changed. The noticeable point is that the amount of Mg- P-BNNC band gap, as well as conductivity, has significant change with the adsorption of O₂ gas on its interior site. So, the Mg- P-BNNC is the good and selective sensor for the O₂ gas in the presence of CO₂, CO and H₂ gases. The Density of State (DOS) and Natural Bond Orbital (NBO) calculations have confirmed the above results.