Au, Ag, Cu metalleri yüklenmiş bor-nitrür nanotüp yapılarının etilen oksit adsorpsiyonu ve gaz sensörü için kullanılabilirliğinin yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) ile incelenmesi
Au, Ag and Cu doped BNNT for ethylene oxide gas detection: A density functional theory study
- Tez No: 800279
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET FERDİ FELLAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 110
Özet
Etilen oksit (EO ve EtO şeklinde kısaltılır, C2H4O formülüne sahiptir.) 1859 yılında keşfedilen renksiz, yanıcı, suda oldukça kolay şekilde çözünen, eter benzeri tatlı bir kokuya sahip zehirli bir gazdır. Özellikle etilen oksit buharına maruz kalan canlılarda kısa süreli cildi, gözleri ve solunum sistemini tahriş eder, alerjik reaksiyonlara sebep olabilir, yanıklar oluşturabilir, bulantı ve kusmaya neden olur ve merkezi sinir sistemine etki eder. Özellikle DNA'ya zarar verme yönü ile insanlarda kalıcı hastalıklara sebebiyet vermesi gibi nedenlerle tespiti oldukça önemlidir. Bor'un amonyak ve azot ile yüksek sıcaklıklarda bor nitrür (BN) oluşturacak şekilde reaksiyona girmesiyle bor-nitrür nanotüpler (BNNT) elde edilir. Yapısal özelliklerinin yanında mekaniksel özellikleride oldukça gelişmiştir. BNNT'ler yarı iletkendir, oksidasyon direnci yüksektir, küçük boyutludurlar, çalışmak için oldukça az güce ihtiyaç duyarlar, yüksek algılama kapasitesileri vardır ve üretimi düşük maliyetli olması gibi birçok sebep gaz sensörü olarak kullanılmasında etkendir. Bu özellikleri ile gaz sensörü kullanımı dışında daha farklı kullanım alanlarıda vardır. Bu çalışmada, Au, Ag ve Cu metal atomları yüklenmiş BNNT yapılarının etilen oksit adsorpsiyonu ve gaz sensörü için kullanılabilirliği Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (DFT) ile incelenmiştir. DFT hesaplamaları, değişim ve korelasyonun etkilerini hesaba katan WB97XD (dağılım dâhil) hibrit yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Metal atomları, BNNT'nin hem B hem de N atomlarına yüklenmiştir. Etilen oksit adsorpsiyonundan sonra adsorpsiyon enerjilerinin tümü yapılarda negatif değerler olarak hesaplanmıştır. Adsorpsiyon enerjisi ve adsorpsiyon entalpi değerleri sırasıyla -25,2 kcal/mol ve -8,2 kcal/mol değerlerine ulaşmıştır. Adsorpsiyon reaksiyonlarının yapılar üzerinde kendiliğinden oluşabileceğini gözlemlenmiştir. Etilen oksit molekülünden BNNT yapılarına yük aktarımı gerçekleşmiştir. Sonuç olarak Au katkılı BNNT, oda sıcaklığında etilen oksit molekülü için hem elektronik sensör hem de iş fonksiyonlu tip gaz sensörü olarak kullanılabilir. RDG analizi sonucu haritada oluşan yeşil renkler dağılım haritalarındaki sıfıra yakın bölgeler Van der Waals etkileşimleri gösterir. Bu bilgi doğrultusunda haritaralar incelendiğinde EO adsorbe edilmiş BNNT yapılarında Van der Waals etkileşimlerinin etkisinden söz edilebilir. Yapılarda genel olarak N atomu yerine yüklenmiş metal atomlu yapıların, B atomu yerine katkılı yapılara göre duyusal özelliklerin çok daha iyi çalıştığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak Au katkılı BNNT, oda sıcaklığında etilen oksit molekülü için hem elektronik hem de iş fonksiyonlu tip gaz sensörü olarak kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Ethylene oxide (abbreviated as EO and Eto, with the formula C2H4O) is a colorless, flammable, water-soluble poisonous gas discovered in 1859 and with an ether-like sweet odor. Especially in living creatures exposed to ethylene oxide vapor, it irritates the skin, eyes and respiratory system for a short time, can cause allergic reactions, can cause burns, causes nausea and vomiting, and acts on the central nervous system. It is very important to detect it in the environment for reasons such as damaging the DNA and causing permanent diseases in humans. Boron-nitride nanotubes (BNNTs) are obtained by reacting with ammonia and nitrogen to form boron nitride (BNNT) at high temperatures. In addition to its structural features, its mechanical properties are also highly developed. BNNTs are semiconductors, have high oxidation resistance, are small in size, require very little power to operate, have high detection capacities, and are used as gas sensors for many reasons, such as low cost of production. With these features, there are different areas of use other than the use of gas sensors. In this study, the usability of BNNT structures loaded with Au, Ag and Cu metal atoms for ethylene oxide adsorption and gas sensor was examined with Density Functional Theory (DFT). DFT calculations were made using the WB97XD (including distribution) hybrid method, which takes into account the effects of change and correlation. Metal atoms are charged to both B and N atoms of BNNT. After ethylene oxide adsorption, all of the adsorption energies were calculated as negative values in the structures. Adsorption energy and adsorption enthalpy values reached -25.2 kcal/mol and -8.2 kcal/mol, respectively. It has been observed that adsorption reactions can occur spontaneously on structures. Charge transfer from ethylene oxide molecule to BNNT structures has occurred.As a result of RDG analysis, the green colors formed on the map show Van der Waals interactions in the regions close to zero in the distribution maps. In line with this information, when the maps are examined, the effect of Van der Waals interactions in EO-adsorbed BNNT structures can be mentioned.In general, it has been observed that structures with metal atoms charged instead of N atoms work much better than structures with doped structures instead of B atoms. After all; The Au-doped BNNT can be used as both an electronic and work-function type gas sensor for ethylene oxide molecule at roomtemperature.
Benzer Tezler
- Au-Cu/n-GaAs/In ve Au-Ag/n-GaAs/In Schottky diyotların akım-voltaj ölçümlerinden elde edilen karakteristik parametreler üzerine numune sıcaklığının etkileri
Effects of sample temperature on the characteristic parameters obtained from the current-voltage measurement of Au-Cu/n-GaAs/In ve Au-Ag/n-GaAs/In Schottky diodes
SELİN BOYLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BETÜL GÜZELDİR
- Yüksek yoğunluklu lazer ile metalik malzemelerin etkileşimlerinin modellenmesi ve uygulamaları
Modeling and applications of interactions of high density lasers with metallic materials
ZAHİDE DEMİRCİOĞLU
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇanakkale Onsekiz Mart ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KURT
- Baskı devre kartlarındaki değerli metallerin cevher zenginleştirme yöntemleriyle geri kazanımı
Recovery of valuable metals from printed circuit boards using mineral processing technology
ESRA TANISALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiCevher Hazırlama Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FIRAT BURAT
- Metal/p-InP/metal Schottky kontakların akım-kapasite-gerilim karakteristiklerinin metal iş fonksiyonuna bağımlılığının incelenmesi
The investigation of dependence of characteristics I-C-V with work functions for metal/p-InP/metal Schottky contacts
SEZAİ ASUBAY
Doktora
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiDicle ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULMECİT TÜRÜT
PROF. DR. ALİ YILMAZ
- Bazı sıvı geçiş metal ve alaşımlarının yapısı ve atomik taşınım özellikleri
Structure and atomic transport properties of some liquid transition metals
ÜMMÜ ÜMARE NESİBE YAZAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞADAN KORKMAZ