مطالعه نظري خواص الكتروني، طيفي، اپتيك غير خطي و جدايش الكترون-حفره در نقاط كوانتومي دوبعدي M3X4 (M = C, Si, Ge; X = N, P, As) و ساختارهاي g-C2N4Si و g-C2N4Ge عامل‌دارشده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

در اين پايان‌نامه به مطالعه نظري فعاليت فتوكاتاليستي و خواص اپتيك غيرخطي (NLO) نقاط كوانتومي دوبعدي تك‌لايه با استفاده از روش‌هاي محاسباتي مبتني بر نظريه تابعي چگالي (DFT) پرداخته شده است. پژوهش در دو بخش اصلي انجام شده است. در بخش اول، نقاط كوانتومي جديدي شامل C₃P₄، C₃As₄، Ge₃N₄، Ge₃P₄، Ge₃As₄، Si₃N₄،Si₃P₄ و Si₃As₄، الهام‌گرفته از ساختار g-C₃N₄، معرفي و بررسي شدند. نتايج نشان داد كه اين نقاط كوانتومي داراي شكاف باند مناسب (در محدوده نور مرئي)، جذب نوري بهبوديافته و جداسازي مؤثر الكترون-حفره هستند كه آن‌ها را براي كاربردهاي فتوكاتاليستي مانند شكافت آب و كاهش CO₂ مناسب مي‌سازد. به‌ويژه، نقاط كوانتومي Ge₃P₄ و Si₃N₄ عملكرد برتري در جداسازي بار و جذب نور مرئي نسبت به g-C₃N₄ نشان دادند. همچنين، محاسبات قطبش‌پذيري (α₀) و ابر‌قطبش‌پذيري (β₀) حاكي از خواص NLO بهبوديافته در اين ساختارها نسبت به g-C3N4 بود. در بخش دوم، تأثير دوپ‌‌كردن سيليكون (Si) و ژرمانيوم (Ge) به همراه گروه‌هاي عاملي( -OH، -COOH، -F، -NH₂، -SH، -SCH₃،-Cl) بر خواص نقاط كوانتومي g-C₃N₄ بررسي شد. نتايج نشان داد كه دوپ‌كردن در موقعيت مياني (M) نسبت به موقعيت سه‌گوش (T) در g-C3N4 باعث كاهش بيشتر شكاف باند تا كمتر از eV 3 و افزايش جذب نور مرئي شد. لازم به ذكر است كه اين كاهش شكاف باند براي g-C3N4 هاي دوپ‌شده با Si همراه با گروه‌هاي عاملي SH، SCH3 و COOH محسوس‌تر بوده است. دوپ‌كردن با Ge و Si، به‌ويژه در موقعيت مياني، جداسازي الكترون-حفره را به‌طور قابل‌توجهي بهبود بخشيد، به‌طوري‌كه شاخص طول انتقال بار (D) تا Å 59/5 بواسطه دوپ Si در حضور گروه عاملي SH در موقعيت مياني افزايش يافت، شاخص t در حضور همزمان گروه عاملي -SCH3 و دوپ Si در موقعيت مياني تا Å 99/3 افزايش يافت و شاخص Sr همپوشاني الكترون حفره به حداقل a.u. 11/0 در حضور همزمان Si و گروه عاملي COOH در موقعيت مياني رسيد، كه نشان‌دهنده كاهش بازتركيب الكترون-حفره و افزايش كارايي فتوكاتاليستي است. تحليل طيف‌هاي جذبي نيز تأييد كرد كه اين ساختارها داراي جذب نوري بهبوديافته نسبت به g-C3N4 هستند. اين پژوهش پتانسيل بالاي نقاط كوانتومي پيشنهادي و اصلاح‌شده را براي كاربردهاي فتوكاتاليستي فراهم آورد.

234596

نانوشيمي

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان