مطالعه مقايسه اي اكسايش CO بر ساختارهاي گرافني دوپه شده دوتايي با BN و AlN

ورود مونوكسيدكربن به محيط زيست و توليد آن در سيستم هاي كاتاليستي مانند پيله اي سوختي بسيار مشكل زا است. به دياكسيدكربن يكي از راه هاي كاهش اين مشكلات است. در اين تحقيق از بستر گرافني دوپه شده با اتم هاي گروه سوم (بور (B) و آلومينيوم ((Al) و گروه پنجم (نيتروژن ((N) براي اكسايش CO استفاده شده است. ساختارهاي گرافني به صورت BN و AlN نامگذاري شده اند. ساختار الكتروني و خواص كاتاليستي اين دو ساختار با استفاده از محاسبات نظريه تابعيت ساختارهاي چگالي مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس نتايج حاصله، گرافن دوپه شده با AlN به مراتب نسبت به تركيب BN فعالساز بهتري براي مولكول اكسيژن است. انرژي فعال سازي اكسايش CO بر روي كاتاليست گرافني AlN،كه ازطريق مكانيسم الي-ريدل انجام مي شود ،( CO+O2CO2+Oads) تنها 2/58kcal mol- است. مرحله دوم اكسايش CO با اتم اكسيژن جذب شده بر روي سطح اين كاتاليست نيز بدون هيچگونه سد انرژي رخ مي دهد. بنابراين جايگزيني يك پيوند C - C با پيوند Al -N راهكار بسيار موثري در طراحي كاتاليست هاي بر پايه گرافن به منظور اكسايش CO است.

Carbon monoxide mainly causing serious problems for environmental and catalyst systems.Oxidation of CO to CO2 is an effective way to reduce these problems. In this work, the graphene substrate was doped with different atoms targeting the CO oxidation. Third group atoms Boron B and Aluminum Al and fifth group atoms N were used for graphene dopping and the final catalysts were BN and AlN doped structures. The electronic structure and catalytic properties of binary BN, AL-doped graphene were investigated through density functional theory DFT. Results show that the AlN doped graphene strictly activates the oxygen reactivity compared to BN one. The activation energy of CO oxidation on AlN is done through Eley-Rideal mechanism as follows: CO O2 → CO2 Oads, the energy value is about 2.58 kcal mol-1. Also, the second oxidation step is occurred through the adsorption of oxygen on AlN doped graphene with no energy barrier. Thus, the substitution of a C-C bond with Al-N is an effective way to design the graphene based catalysts for CO oxidation.