Нанорозмірні вуглецеві матеріали як адсорбери шкідливих для довкілля неорганічних оксидних сполук

Abstract

Методом теоретичного моделювання проаналізовано взаємодію між вуглецевими нанотрубками (ВНТ) конфігурації (3,3) і (5,5) та молекулами двох типів: лінійні двоатомні молекули галогенідів водню HX = HF, HCl, HBr і молекулярні хроматні оксианіони CrO42-. Подібний теоретичний прогноз має важливе практичне значення, оскільки дає змогу оцінити перспективи використання вуглецевих нанотрубок для видалення зазначених молекул із газового середовища і очистки, тим самим, довкілля, забрудненого промисловими відходами. Розрахунки проводилися за допомогою програмного пакета «Gaussian 03» із використанням теорії функціоналу густини за базисних наборів сс-pVDZ (для атомів хрому та кисню) та 6-31G* (для решти атомів) із нелокальним кореляційним функціоналом B3LYP. Результати розрахунків свідчать про досить низькі значення енергій зв’язку між адсорбованими молекулами HX (X = F, Cl, Br) та нелегованими ВНТ, у межах від -0.07 до -0.2 еВ, тоді як легування бором дозволяє посилити зв’язок до значень -2,13 еВ (система ВНТ(3,3)-В-HBr). Дослідження взаємодії молекулярного аніона CrO42- із ВНТ обох типів показали, що легування бором не сприяє зміцненню адсорбції молекул. Вплив домішок азоту, навпаки, є позитивним і призводить до зростання енергії зв’язку (у середньому на -3,6 еВ) порівняно з нелегованими системами ВНТ-CrO42-. Одержані дані сприяють розумінню механізмів адсорбції молекул поверхнею вуглецевих нанотрубок та свідчать про можливість практичного використання останніх для очистки матеріалів та відходів промислового виробництва від шкідливих для людини забруднень, якими є галогеніди водню та сполуки, що містять шестивалентний хром.