18310

15943

كارشناسي ارشد

نانوشيمي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1401

هجده، 113ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار

1401/12/09

كتابنامه

شيمي

شيمي

1401/12/20

2908138

نانوخوشه‌هاي هليومي به دليل ساختار الكتروني ساده در بين نانوخوشه‌هاي واندروالسي گزينه مناسبي براي مطالعه هستند. اگرچه اين نانوخوشه‌ها الكترون‌خواهي منفي دارند، اما هدف مدنظر از مطالعة الكترون‌خواهي در نانوخوشه‌هاي گازهاي بي‌اثر بررسي تأثير اندازه بر تغييرهاي اين كميت است. در اين پايان‌نامه با استفاده از شيمي كوانتومي، الكترون‌خواهي نانوخوشه‌هاي (n=2-20,25,30,35,40,45, and 50) Hen بررسي شده است. تمامي محاسبات مربوط به بهينه‌سازي اين نانوخوشه‌ها با استفاده از نظريه تابعي چگالي (DFT) و با تابعي wB97XD به همراه مجموعه پايه (3df) 6-31+G انجام شده است. در اين مطالعه عوامل فيزيكي مهم به‌وسيله روش‌هاي مختلف شيمي كوانتومي از جمله اوربيتال‌هاي پيوندي طبيعي (NBO)، تفكيك انرژي الكتروني نانوخوشه‌ها به مؤلفه‌هاي سازنده‌اش (شامل انرژي جنبشي الكترون‌ها (ET)، انرژي برهم‌كنش الكترون - هسته(EV) ، انرژي دافعه الكترون – الكترون (EJ)، انرژي دافعه هسته - هسته (ENuc) ، انرژي تبادلي (EX) و انرژي همبستگي (EC))، بررسي سطح انرژي اوربيتال LUMO و تأثير عدم استقرار الكتروني (E delocalization) در روند تغييرهاي الكترون‌خواهي نانوخوشه‌ها نسبت به تغييرهاي اندازه آن‌ها تعيين شده است. چگونگي تأثير هركدام از اين عوامل بر تغييرهاي الكترون‌خواهي نسبت به‌اندازه نانوخوشه‌هاي هليوم از ديدگاه شيمي كوانتومي مورد تحليل قرار گرفته است. در بخش بعدي پژوهش با آگاهي از اگزايمر بودن نانوخوشه He2، تأثير اتم‌هاي ديگر بر روي اين ساختار الكتروني بر اساس ساختارهاي He3 و He2X بررسي شده است و نانوخوشه‌هاي He3 و He2X به‌عنوان تركيبات پيشنهادي مناسب براي استفاده در محيط فعال ليزر اگزايمر با پيمايش سطح انرژي پتانسيل براي نقاط داراي تقارن C2v موردمطالعه و بحث قرار گرفته‌اند. همچنين، با پيمايش سطح انرژي پتانسيل الكترون‌خواهي آدياباتيك و عمودي در حالت الكتروني پايه و اولين حالت الكتروني برانگيخته محاسبه شده است و عوامل فيزيكي مؤثر در تعيين علامت الكترون‌خواهي اين نانوخوشه‌ها نيز معرفي شده‌اند. محاسبه سطوح انرژي پتانسيل گونه‌هاي خنثي و آنيوني He3 و He2X (X=Ne,Ar,Be,Mg,Cu,Au,Ag,Zn,F) با روش‌هاي DFT و TD-DFT و با استفاده از تابعي M06-2X به همراه مجموعه پايه 6-31+G(3df) براي تمامي اتم‌ها به جز اتم طلا و نقره در خوشه‌هاي He2Au و He2Ag انجام شده است (براي اتم طلا و نقره از مجموعه پايه Def2TZVP استفاده شده است) و روش‌هاي CCSD و EOM-CCSD به همراه مجموعه پايه مشابه روش DFT، در حالت الكتروني پايه و اولين حالت الكتروني برانگيخته انجام شده است. مقايسه سطوح انرژي پتانسيل نانوخوشه‌هاي دوپ‌شده با سطوح انرژي پتانسيل He3 مي‌تواند اطلاعات مفيدي در مورد تأثير اين اتم‌ها بر روي ساختار الكتروني He3 را در اختيار ما قرار بدهد. اهداف كلي اين بخش از پژوهش شامل بررسي تغييرهاي انرژي پتانسيل مربوط به مسير با حداقل انرژي پتانسيل، مقايسه ساختارهاي هندسي مطابق با نقطه كمينه روي مسير با حداقل انرژي پتانسيل و مقايسه مسير با حداقل انرژي پتانسيل براي حالت الكتروني پايه و اولين حالت الكتروني برانگيخته است.

Because of their simple electronic structure, helium nanoclusters are a good candidate for research among van der Waals nanoclusters. Despite the fact that these nanoclusters have a negative electron affinity (EA), the goal of our study of electron affinity in noble gas nanoclusters was to look into the effect of size on the changes in this quantity. The EA of Hen (n=2-20,25,30,35,40,45,50) nanoclusters was studied theoretically in this thesis. All the calculations related to the optimization of these nanoclusters have been done using the density functional theory (DFT) and using the M06-2X functional in the 6-31+G(3df) basis set. A theoretical study was performed on all species using the natural bonding orbital (NBO) calculations, the decomposition of the total electronic energy of the species to their original components (including kinetic energies of electrons (ET), electron-nucleus attraction (EV), electron-electron repulsion (EJ), nucleus-nucleus repulsion (ENuc), exchange energy (Ex), and correlation energy (Ec)), the investigation of the LUMO energy level, and the electron delocalization (Edelocalization) to determine the main physical factors responsible for the positive or negative EA. Knowing that the He2 nanocluster is an excimer, we studied and discussed the effect of other atoms on this electronic structure based on the structures of He3 and He2X, and He3 and He2X nanoclusters are suitable proposed compounds for use in the active environment of the excimer laser by surveying the potential energy surface for Points with C2v symmetry. The potential energy surfaces of neutral and anionic species He3 and He2X (X=Ne, Ar, Be, Mg, Cu, Au, Ag, Zn, F) are calculated with DFT and TD-DFT methods and using M06- 2X with 6-31+(3df) basis set has been performed for all atoms except gold and silver atoms in He2Au and He2Ag combined cluster (Def2TZVP basis set was used for gold and silver atoms) and CCSD and EOM-CCSD methods has been performed with the same basis set, in two ground electronic states and the first singlet excited electronic state. When we compare the potential energy surfaces of doped nanoclusters to the potential energy levels of He3, we can learn a lot about how these atoms affect the electronic structure of He3. The general goals of this section of the research include investigating potential energy changes associated with the path with the lowest potential energy, comparing the geometric structures corresponding to the path with the lowest potential energy, and comparing the pathn with the lowest potential energy for the ground electronic state and the first excited electronic state. The effective physical factors in determining the EA sign of these nanoclusters have also been introduced by scanning the adiabatic and vertical EA potential energy surface in the ground electronic state and the first excited electronic state.

عليرضا نجفي چرمهيني

عليرضا نجفي چرمهيني

عليرضا نجفي چرمهيني , غلامحسين محمدنژاد شيرازي