به گزارش خبرنگار علمی باشگاه خبرنگاران، پژوهشگران دانشگاه شیراز با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتمی و عامل‌دار کردن نوعی گرافن، موفق به افزایش حساسیت و واکنش پذیری این نانوساختارها برای شناسایی گاز سمی اکسید نیتروژن به‌صورت انتخاب‌پذیر شدند.
محققان با روش ارائه شده به وسیله‌ی این محققان، روشی جدید برای طراحی حسگرهای گازهای سمی و آلاینده‌های محیط زیست با بازده بالا است.
گازهای سمی از دسته‌ی اکسید نیتروژن (NOx) به‌عنوان یکی از خطرناک‌ترین عوامل آلودگی هوا به‌شمار می‌روند. این ترکیبات تشکیل‌دهنده‌ی اصلی ازون و باران‌های اسیدی هستند. امروزه استفاده از نانوساختارها برای‌شناسایی آلاینده‌های زیست‌محیطی، روشی جدید و با بازده بالا به شمار 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 نانوورقه‌ی گرافن، (Graphene Nanoflake (GNF)) برای‌شناسایی گازهای آلاینده نسبت به گرافن و نانوریبون‌های گرافنی کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است.
در این تحقیق با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتمی، نقش نوعی از نانوساختار بر پایه گرافن (GNF) به‌عنوان حسگر برای‌شناسایی دسته‌ای از گازهای آلاینده (اکسید نیتروژن) در حضور گازهای غیرسمی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که از میان GNF خالص، جانشین شده‌ی شیمیایی و عامل‌دارشده، ساختارهای عامل‌دار شده به‌ویژه به‌وسیله‌ی 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.
اکبر امیدوار، دانشجوی دکتری رشته شیمی فیزیک دانشگاه شیراز، در مورد این تحقیقات گفت: « اساس کار حسگرهای مبتنی بر نانوساختارها، تغییرات گاف انرژی (band gap) پس از برهمکنش با گاز است. در واقع پس از جذب گاز بر روی نانوساختارها، با توجه به میزان انتقال بار و همچنین قدرت برهمکنش بین آنها، خواص الکترونی نانوساختار دستخوش تغییر شده و درنتیجه گاف انرژی آن تغییر می‌کند. حال با قرار دادن نانوساختار مورد نظر در یک مدار الکتریکی، به محض جذب گاز بر روی آن، تغییر گاف انرژی باعث تولید سیگنال الکتریکی می‌شود که از طریق آن می‌توان به حضور گاز پی برد. بنابراین برای چنین مطالعاتی، محاسبه گاف انرژی اهمیت فراوان دارد. بر همین اساس خواصی همچون انرژی بالاترین اوربیتال مولکولی اشغال شده (HOMO) ، انرژی پایین‌ترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده (LUMO) و اختلاف بین انرژی آنها و همچنین انرژی جذب گاز بر روی GNF مورد محاسبه قرار گرفته است.
شایان ذکر است که در این تحقیق که در راستای رساله دکتری آقای امیدوار صورت گرفته است، اثر گروه‌های عاملی الکترون کشنده در عامل‌دار کردن GNF برای بهبود خاصیت حسگری در برابر گازهای آلاینده مورد مطالعه قرار گرفته است که به گفته‌ی امیدوار در ادامه پروژه، اثر گروهای عاملی الکترون دهنده نیز مورد مطالعه قرار گرفته و در آینده‌ای نزدیک نتایج مربوط به آن منتشر خواهد شد.
انتهای پیام/