بررسي محاسباتي جذب سطحي تري‌نيتروآنيزول بر روي سطح نانولوله كربني

Adsorption of Trinitroanisole on the Surface of Carbon nanotube: A Computational Study

در اين مطالعه، برهمكنش نانو لوله كربني با ماده انفجاري تري نيتروآنيزول با روش نظريه تابعي چگالي مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور، ابتدا ساختارهاي ، تري نيتروآنيزول، نانو لوله كربني و كمپلكس هاي آن‌ها با يكديگر در دو كنفيگوراسيون متفاوت مورد بهينه سازي هندسي قرار گرفتند. سپس، محاسبات IR و اوربيتال هاي مولكولي بر روي آن‌ها صورت گرفت. انرژي جذب سطحي و پارامترهاي ترموديناميكي محاسبه شده از جمله تغييرات انرژي آزاد گيبس (ΔGad)، تغييرات آنتالپي تشكيل (ΔHad) و ثابت تعادل ترموديناميكي (Kth) نشان دادند كه جذب سطحي ماده انفجاري بر روي نانو لوله كربني گرما زا، خودبخودي و برگشت ناپذير مي‌باشد. تاثير دما بر روي فرآيند جذب سطحي اين ماده پرانرژي نيز بررسي گرديد و يافته هاي به دست آمده ثابت كرد كه در دماي 298 درجه كلوين، فرآيند جذب سطحي بالاترين راندمان را دارد. مقادير ظرفيت گرمايي ويژه، چگالي و طول پيوندهاي N-O و C-NO2 نشان داد كه با جذب شدن تري نيتروآنيزول بر روي نانو لوله كربني ميزان حساسيت اين ماده پر انرژي نسبت به گرما به طور چشمگيري كاهش يافته و قدرت تخريبي، فشار و سرعت انفجار آنها به طور قابل ملاحظه اي افزايش مي‌يابد. و يافته هاي آناليز اوربيتال هاي مولكولي بيانگر آن بود كه از نانو لوله كربني مي‌توان براي اندازه گيري تري نيتروآنيزول با استفاده از حسگرهاي الكتروشيميايي استفاده نمود.

This paper investigates the interaction of carbon nanotube with Trinitroanisole by density functional theory. For this purpose, the structures of Trinitroanisole, carbon nanotube and their derived products at two different configurations were optimized geometrically. Then, IR and frontier molecular orbital computations were implemented on them. The calculated thermodynamic parameters including Gibbs free energy changes (∆Gad), adsorption enthalpy variations (ΔHad) and thermodynamic equilibrium constants (Kth) demonstrated that adsorption of Trinitroanisole is exothermic, spontaneous and irreversible. The effect of doping carbon nanotube with tin was also checked out and the findings indicated that by supplanting carbon with tin, the adsorption process remain exothermic, spontaneous and experimentally feasible. The influence of temperature was also evaluated and the results revealed that 298 K is the optimum temperature for the desired process. The obtained specific heat capacity values proved that by interaction of carbon nanotube with the studied explosive, the heat sensitivity has declined significantly. an‎d this abate has become more intensified by doping carbon nanotube with tin. The structural feature such as density values and N-O and C-NO2 bond lengths substantiated that the detonation pressure, explosive velocity and destructive power of the energetic materials have defused drastically after the adsorbing on the surface of carbon nanotube. The orbital molecular findings indicated that Trinitroanisole have become less reactive, conductive and electrophile after the interaction with nanostructure and this nanostructure can be used for developing novel electrochemical sensors for detection of Trinitroanisole.