عنوان پایان‌نامه
مطالعه برخی از خواص انتقالی سیستمهای حاوی نانو لوله های کربنی و مخلوطی از حلال ها
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 4922;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56091
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- مهتاب علی بالازاده
- استاد راهنما
- معصومه فروتن
- چکیده
- اساس کار در این پایان نامه، استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی به منظور مطالعه‌ی خواص ساختاری و دینامیکی مخلوط‌های آب/مایع یونی محصور در نانولوله‌های کربنی، گرافن و همچنین مقایسه‌ی آنها با سیستمهای غیرمحصور می‌باشد. در ابتدای این پژوهش به بررسی خواص ساختاری و دینامیکی مخلوط‌های آب و مایع یونی 1– n– پروپیل– 4– آمینو– 1 و 2 و 4– تری آزولیوم برمید ([part][Br]) محصور شده درون نانولوله کربنی (20،20) و در صفحه گرافن و نیز مخلوط‌های آب/[part][Br] غیرمحصور در کسرمولی‌های مختلف آب می‌پردازیم. کسرمولی‌های آب مورد بررسی شامل 00/0، 241/0، 4/0، 609/0، 802/0، 903/0، 962/0 ، 992/0 و 0/1 است. در این راستا، انرژی کل، انرژی برهمکنش بین مولکولی، توابع توزیع شعاعی، توزیع شعاعی درون نانولوله و ضرایب نفوذ محاسبه شدند. در تمام خواص بررسی شده تاثیر محصورسازی و کسرمولی آب به وضوح آشکار شده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که همزمان با افزایش کسرمولی آب انرژی کل در هر سه مخلوط مورد بررسی کاهش می‌یابد؛ با این حال مقادیر این انرژی در مخلوط‌های محصور در نانولوله و گرافن به دلیل برهمکنش نانولوله و گرافن با مولکول‌ها منفی‌تر می‌باشد. همچنین، در مقایسه با مخلوط‌های محصور در گرافن، مخلوط‌های محصور در نانولوله مقادیر انرژی کل منفی‌تری دارند و در نتیجه از پایداری بیشتری برخوردار می‌باشند. نتایج به دست آمده از همبستگی‌های فضایی بین مولکول‌های آب نشان می‌دهد که در کسرمولی‌های پایین آب در مخلوط‌های محصور در نانولوله و مخلوط‌های غیرمحصور، تمایل مولکول‌های آب برای تجمع با مولکول‌های آب همسایه بیشتر از تمایل آنها نسبت به آنیون و کاتیون است. به عبارت دیگر، در کسرمولی‌های پایین آب مولکول‌های آب به صورت مجزا و یا به صورت تجمع‌های کوچکی قرار دارند. با افزایش کسرمولی آب، این تجمع‌های کوچک به یک شبکه‌ی پیوسته‌ای از آب تبدیل می‌شوند. همچنین توزیع شعاعی مولکول‌های آب و کاتیون مایع یونی در نانولوله نشان می‌دهد که بیشتر آنها تمایل دارند تا نزدیک دیواره‌های نانولوله قرار بگیرند و یک رفتار لایه‌ای را از خود نشان می‌دهند. نتایج حاصل از محاسبه زاویه‌ی دو وجهی نانولوله و کاتیون تری آزولیوم نیز نشان می‌دهد که جهت‌گیری بیشتر مایعات یونی در داخل نانولوله‌ی کربنی به گونه‌ای است که حلقه‌ی تری آزولیوم کاتیون موازی با سطح نانولوله می‌باشد. تغییرات ضرایب نفوذ مولکول‌های آب، آنیون و کاتیون برای هر سه مخلوط شبیه‌سازی شده نشان می‌دهد که با افزایش کسرمولی آب، ضرایب نفوذ افزایش می‌یابد. نتایج نشان می‌دهد که در کسرمولی‌های پایین آب، 802/0>Xw، یک افزایش آهسته در ضرایب نفوذ مشاهده می‌شود که به حالت شیشه‌ای مربوط است. در کسرمولی‌های بالای آب، 802/0
- Abstract
- Our major work in this thesis is to perform molecular dynamics (MD) simulations to investigate the properties of structure and dynamics of water/1-n-propyl-4-amino-1,2,4-triazolium bromide ([part][Br]) ionic liquid mixtures which were confined both inside (20,20) single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) and between two graphene sheets, and also their bulk mixtures. In section 1 we describe the structural and dynamical properties of water/1-n-propyl-4-amino-1,2,4-triazolium bromide mixtures confined inside (20,20) SWCNT and between two graphene sheets, also we study their bulk mixtures at various water mole fractions. In this study, the considered water mole fractions were Xw =0.0, 0.241, 0.4, 0.609, 0.802, 0.903, 0.962, 0.992, and 1.00. In this line, the total energy, the interaction energy between molecules, the radial distribution functions (RDFs), the distribution along the radial coordinates in the SWCNT, and the diffusion coefficients were calculated and compared with different water mole fractions for both confined and bulk mixtures. Relating to The structural and dynamical properties in third mixtures, effects of water mole fraction and the confinement were examined. The total energy of third water/[part][Br] mixtures (confined and bulk) decreases with increasing water mole fraction. However, the total energy in water/[part][Br] mixtures confined inside (20,20) SWCNT and between two graphene sheets is lower than bulk. In comparison to the confined mixtures inside graphene, the water/[part][Br] mixtures confined inside SWCNT have the negative values of total energy, indicating high stability. Spatial correlation of water molecules in water/[part][Br] mixtures confined inside (20,20) SWCNT and their bulk mixtures indicates the existence of small water clusters at low water mole fractions. On the other hand, at low water concentration, the water molecules are isolated from each other or tend to exist in small clusters. As water mole fraction increases, a continuous water network starts to build up. Radial distribution of the cations and water molecules of water/[part][Br] mixtures confined inside (20,20) SWCNT shows a layering behavior of water molecules. Such layering behavior is observed in the triazolium cations. The evailable results from calculation of the dihedral angle (?) between the surface of SWCNT and the plane of the aromatic ring of the cation [part] show that the large number of the ILs tends to orient their aromatic rings parallel to the SWCNT surface. It is seen that the diffusion coefficients of the ions and water molecules increase with water mole fraction. All third mixtures exhibit similar trend with two regimes: firstly, in the low water mole fractions (<0.802) a slightly increase in the diffusion coefficients is observed which is related to the glassy state. Secondly, a rapid increase in the diffusion coefficients is observed at the high water mole fractions (>0.802) which is related to the formation of the water-dominated network
