بررسي تابعي چگالي جذب گاز فسفين به نانولوله‌هاي كربني و سيليكون كاربيد

Density Functional Theory Investigation of Phosphine gas Adsorption to Carbon and Silicon Carbide Nanotubes

فسفين PH3 گاز سمي و خطرناكي است و در اثر واكنش آلومينيوم فسفيد يا قرص برنج در حضور آب، بخار آب يا اسيد معده آزاد مي‌‌شود. مسموميت ناشي از فسفين بيشتر به قصد خود كشي است به طوري كه دو سوم از مسمومين ناشي از آن جان خود را از دست مي‌دهند. در اين تحقيق با استفاده از روش تابعي چگالي، خواص ساختاري و الكتروني نانولوله‌هاي كربني و سيليكون كاربيد (10،0) به عنوان حسگر بيولوژيكي گاز فسفين مورد بررسي قرار گرفته است. بدين منظور ابتدا گاز فسفين در فاصله‌ي مجموع شعاع اتمي C/Si و P/H، از دو جهت هيدروژن و فسفر به سطح نانولوله و درون نانولوله اضافه شد. سپس ساختارها به طور كامل بهينه شدند. در نهايت مطالعات الكتروني بر روي ساختار‌هاي بهينه شده انجام گرفت. نتايج حاصل از انرژي‌هاي جذب، ساختار الكتروني و گاف نواري نشان مي‌دهد كه گرچه نانولوله‌ي كربني توانايي كمي در جذب و شناسايي فسفين دارد، نانولوله‌ي سيليكون كاربيد با انرژي جذب بالا مي‌تواند فسفين را جذب كرده و با تغيير در ساختار الكتروني و گاف نواري امكان شناسايي اين تركيب سمي و خطرناك را مي‌دهد. در نهايت به منظور بررسي بيشتر بر هم كنش‌هاي بين اتم‌ها و اربيتال‌هاي دخيل در اين بر هم كنش‌ها مطالعات چگالي حالت‌هاي جزئي نيز انجام شد.

Phosphine (PH3) is a toxic and harmful gas released by the reaction of aluminum phosphide or rice pill in the presence of water, water vapor or stomach acid. Poisoning caused by phosphine is more suicidal and two thirds of the poisoned ones die. In this paper, the structural and electronic properties of (10,0) carbon nanotube and SiC nanotube have been investigated through density functional theory. The PH3 molecule was first placed at the distance about the sum of atomic radius of C/Si of nanotube and P/H of phosphine molecule, inside and outside the nanotube from both H and P atom sides. Then the structure was completely relaxed the electronic calculations were performed on relaxed structures. The results show that SWCNT can weakly adsorb PH3 molecule. However, SiC nanotube has lower adsorption energy toward phosphine and its electronic properties change more after adsorbing PH3 inside or outside the silicon carbide nanotube. Therefore this nanotube is potentially a good candidate for detecting and adsorbing PH3 molecules. Partial densities of state calculations were also performed to find the origin of each adsorption.