20762

۲۰۷۶۲

بررسي جذب و مكانيسم واكنش گازهايNOx بر روي سطح نانو لايه هاي بور نيتريدي آلاييده شده، به روش محاسبه مكانيك كوانتومي

كارشناسي ارشد

شيمي فيزيك

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۱/۲۷

دكتر سيد مرتضي موسوي خوشدل

شيمي

آلودگي هوا يكي از مسائل مهم در جهان است، كه منجر به بروز مشكلاتي براي انسان¬ها و جانداران مي-شود. يكي از سمي¬ترين آلاينده¬هاي هوا اكسيدهاي نيتروژن هستند. از ميان هفت اكسيد نيتروژن شناخته شده موجود در محيط، اكسيد نيتريك (NO) و دي اكسيد نيتروژن(NO2) از آلوده كننده¬هاي مهم هوا به¬شمار مي¬روند. در واقع NO2 هم آلاينده اوليه و هم ثانويه است و بالاترين غلظت را در هواي آزاد دارد. بسيار خطرناك¬ و براي سلامتي انسان و محيط زيست مضر مي¬باشد. به دليل اثرات مخرب گاز NO2، راه-حلي براي حذف اين گازها مورد توجه و بررسي متخصصان قرار گرفت. يكي از اين راه¬حل¬ها كاهش گاز NO2 به گاز كم خطر¬تري مثل NO است. اين فرآيند مي¬تواند با استفاده از كاتاليزورها انجام شود. از جمله كاتاليزورهايي كه مورد بررسي پژوهشگران قرار گرفت، نانو صفحات گرافن و بور نيتريد بود. گرافن و بور نيتريد به تنهايي واكنش پذيري زيادي ندارند اما با اعمال اثر نقص و داپ مي¬توانند كاتاليزور خوبي براي انجام اين فرآيندها باشند. كاربرد بالقوه نانو صفحات بور نيتريد داپه شده با عناصر مختلف به عنوان كاتاليزور براي مكانيسم جذب و كاهش آلاينده¬هاي NOX با استفاده از محاسبات DFT مورد بررسي قرار گرفته است. در اين پژوهش جذب گازهاي NO2 و CO بر روي نانو صفحه¬ي بورنيتريد و بورنيتريد داپه شده با عناصر C، SiوGe مورد مطالعه قرار گرفت. بستر بور نيتريد داپه شده ويژگي¬هاي انتقال بار و واكنش پذيري را افزايش مي¬دهد و باعث افزايش راندمان كاتاليزوري براي واكنش كاهش مي¬شود. نتايج نشان مي¬دهد كه مولكول¬هاي NO2 و CO به¬طور قابل توجهي روي بستر ذكر شده جذب شيميايي مي-شوند. همينطور بررسي واكنش كاهش گاز NO2 بر روي بستر بور نيتريد داپه شده با اتم Si به روش محاسبات نظريه¬ي تابعيت چگالي (DFT) انجام گرفت. مكانيسم كاهش گاز NO2 در حضور گاز CO بر روي نانو صفحه¬ي بور نيتريد داپه شده با Si طي دو مرحله انجام مي¬شود. كه منجر به توليد گاز كم خطرتر NO وCO2 مي¬گردد. مقادير انرژي فعال¬سازي به¬دست آمده از دو مكانيسم¬ نشان مي¬دهد محصول به¬دست آمده از نظر ترموديناميكي مساعد بوده و واكنش¬ها در دماي محيط صورت مي¬گيرند. محاسبات DFT با استفاده از مدل DMol3 از نرم افزار Material Studio انجام شده است. واژه‌هاي كليدي: نانو صفحه¬ي بور نيتريد، جذب گازNOX ، مكانيسم كاهش، محاسبات DFT

1398/03/27

Investigation of adsorption and reaction mechanism of NOx Gases on the surface of doped Boron Nitride nano-layers, by quantum computational methods

4/15/2020 12:00:00 AM

Air pollution is one of the most important issues in the world, which can lead to problems for humans and animals. One of the most toxic pollutants in the air is nitrogen oxides. Of the seven known nitrogen oxides present in the environment, nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) are important air pollutants. In fact, NO2 is a primary and secondary pollutant and has the highest concentration in the open air. It is very dangerous and harmful for human and environmental health. Due to the destructive effects of NO2 gas, a solution to these gases was taken into consideration by experts. One of these solutions is to reduce NO2 gas to lower risk gas such as NO. This process can be performed using catalysts. Among the catalysts examined by the researchers were graphene and boron nitride nanotubes. Graphene and boron nitride alone are not very reactive, but they can be a good catalyst for these processes by applying defects and DAPs. Potential applications of doped boron nitride nanosheets have been investigated with different elements as catalyst for the mechanism of adsorption and reduction of NOX pollutants using DFT calculations . In this study, the adsorption of NO2 and CO gas on boron nitride and boron nitride nanosheets doped with C, Si and Ge were studied. The doped boron nitride surface increases the properties of the charge transfer and reactivity and decrease the catalytic efficiency of the reaction. The results show that NO2 and CO molecules are significantly absorbed on the substrate by chemical absorption. Also, the effect of reducing the NO2 gas on the boron nitride doped with Si atom was calculated using DFT (density theory) theory. The mechanism of reduction of NO2 gas in the presence of CO gas on the nanosheets of boron nitride doped with Si is carried out in two steps. Which results in less hazardous emissions of NO and CO2 gases. The activation energy obtained from the two mechanisms indicates that the resultant product is thermodynamically favorable and the reactions are carried out at room temperature. The DFT calculations were done using the DMol3 model from Material Studio software. Keywords: BN nanosheet , NOx absorption, Reduction mechanism, DFT calculations