ارائه روش نوین برای شناسایی گازهای سمی/ کاهش باران‌های اسیدی

پژوهشگران دانشگاه شیراز با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتمی موفق به افزایش حساسیت و واکنش پذیری این نانوساختارها برای‌شناسایی گاز سمی اکسید نیتروژن به ‌صورت انتخاب‌پذیر شدند.

کد خبر: ۳۵۳۴۰۵

پنجشنبه - ۱۳ شهريور ۱۳۹۳ / September 04, 2014

به گزارش گروه علمی «خبرگزاری دانشجو»، گازهای سمی از دسته‌ اکسید نیتروژن (NOx) به ‌عنوان یکی از خطرناک‌ترین عوامل آلودگی هوا به‌شمار می‌روند. این ترکیبات تشکیل‌دهنده‌ اصلی ازون و باران‌های اسیدی هستند.

امروزه استفاده از نانوساختارها برای‌شناسایی آلاینده‌های زیست‌محیطی، روشی جدید و با بازده بالا به‌شمار می‌رود. با توجه به نوظهور بودن گرافن، استفاده از این نانوساختار در کاربردهای مربوط به ‌شناسایی آلاینده‌ها، موضوعی بسیار جدید و جالب برای گروه‌های تحقیقاتی مختلف بوده است. در این بین استفاده از نانوورقه‌ گرافن، Graphene Nanoflake یا ((GNF برای‌شناسایی گازهای آلاینده نسبت به گرافن و نانوریبون‌های گرافنی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.

از این رو پژوهشگران دانشگاه شیراز رر تحقیقاتی با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتمی، نقش نوعی از نانوساختار بر پایه گرافن (GNF) به‌ عنوان حسگر برای ‌شناسایی دسته‌ای از گازهای آلاینده (اکسید نیتروژن) در حضور گازهای غیرسمی مورد بررسی قرار دادند.

نتایج این مطالعات نشان داد که از میان GNF خالص، جانشین شده‌ شیمیایی و عامل‌دارشده، ساختارهای عامل‌دار شده به ‌ویژه به ‌وسیله‌ گروه کربوکسیل، باعث بیشترین افزایش در حساسیت و واکنش پذیری GNF نسبت به گاز اکسید نیتروژن می‌شود. در واقع GNF عامل‌دار شده با گروه کربوکسیل، ابزاری مناسب به‌عنوان حسگر برای ‌شناسایی انتخاب‌پذیر گاز اکسید نیتروژن در حضور منوکسید کربن، اکسیژن و نیتروژن است.

این محققان برای این منظور ابتدا ساختار GNF خالص با استفاده از مدل‌سازی رایانه‌ای را طراحی کردند و با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتمی از نظر انرژی بهینه‌سازی شید. سپس اثر جانشینی شیمیایی به‌وسیله‌ عناصر بور و نیتروژن بر روی GNF با هدف بهبود خاصیت حسگری آن مورد بررسی قرار گرفت.

در مرحله بعد عامل دار کردن GNF به‌وسیله‌ گروه‌های عاملی الکترون کشنده مورد بررسی قرار گرفت. سپس جذب گازهای مورد مطالعه بر روی هریک از ساختارهای طراحی شده انجام گرفت.

نتایج تحقیق نشان داد GNF خالص پس از جذب گاز اکسید نیتروژن دستخوش تغییر قابل ملاحضه‌ای در مقدار گاف انرژی می‌شود. این در حالی است که جذب گازهای اکسیژن، نیتروژن و مونوکسید کربن چنین تأثیری را بر روی GNF خالص ندارند. همچنین مطالعات ما نشان داده است که GNFهای جانشین شده با بور و نیتروژن در مقایسه با GNF خالص حساسیت و واکنش پذیری کمی را در برابر گازهای مورد مطالعه نشان می‌دهند.

روش ارائه شده به‌وسیله‌ این محققان، روشی جدید برای طراحی حسگرهای گازهای سمی و آلاینده‌های محیط زیست با بازده بالا است.