DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2018.2.136889

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ВУГЛЕЦЕВИХ НАНОТРУБОК ЯК РЕЗИСТИВНИХ СЕНСОРІВ МОЛЕКУЛЯРНИХ АНІОНІВ CrO42-

В. І. Борисюк, С. Г. Неділько, Ю. А. Хижний

Анотація


За допомогою теоретичного моделювання проаналізовано застосування вуглеце­вих нанотрубок (ВНТ) як матеріалів для резистивних сенсорів хроматного аніону CrO42-, мо­лекулярних комплексів K2CrO4 та MCrO4 (M=Ca, Zn, Pb). Проведено розрахунки електронної структури нелегованих, легованих бором або азотом ВНТ(5,5) з адсорбованими молекулами CrO42-, K2CrO4 та MCrO4 (M=Ca, Zn, Pb) в наближенні молекулярного кластеру із застосуванням теорії функціоналу електронної густини (ТФГ). Розраховані енергії зв’язку та зміни зарядів адсорбентів проаналізовано в контексті застосування ВНТ як матеріалів для резистивних сен­сорів. В розрахунках змодельовано вплив найбільш розповсюджених молекул атмосферного середовища (H2O, N2 та O2) на адсорбцію аніонів CrO42- на поверхні ВНТ. З’ясовано, що матері­али на основі легованих бором вуглецевих нанотрубок є перспективними для розробки резис­тивних сенсорів хроматного аніону CrO42- і молекулярних комплексів K2CrO4 та MCrO4 (M=Ca, Zn, Pb). Для нелегованих та легованих азотом вуглецевих нанотрубок розрахунки передбача­ють, що матеріали на їх основі будуть придатними для детектування сполук CrO42- та ZnCrO4.

Ключові слова


вуглецеві нанотрубки; хроматний аніон; електронна структура; адсорбція

Повний текст:

PDF

Посилання


Ghashghaee, M., Farzaneh, V. Removal of Cr (VI) Species from Aqueous Solution by Dif¬ferent Nanoporous Material // Iranian Journal of Toxicology, 10(6), pp. 15-21 (2016).

Tytłak, A., Oleszczuk, P., Dobrowolski, R. Sorption and desorption of Cr (VI) ions from water by biochars in different environmental con¬ditions // Environmental Science and Pollution Research, 22(8), pp. 5985-5994 (2015).

Pandey, P. K., Sharma, S. K., Sambi, S. S. Kinetics and equilibrium study of chromium adsorption on zeoliteNaX // International Journal of Environmental Science & Technology, 7(2), pp. 395-404 (2010).

Dula, T., Siraj, K., Kitte, S. A. Adsorption of hexavalent chromium from aqueous solution using chemically activated carbon prepared from locally available waste of bamboo (Oxytenan¬thera abyssinica) // ISRN Environmental Chem¬istry, 2014. (2014). DOI: 10.1155/2014/438245

Salunkhe, B., Raut, S. J. Removal of heavy metal Ni(II) and Cr(VI) from aqueous solution by scolecite natural zeolite // International Journal of Chemical Sciences, 10(2), pp. 1133-1148. (2012).

Shouman, M. A., Fathy, N. A., Khedr, S. A., Attia, A. A. Comparative biosorption studies of hexavalent chromium ion onto raw and modi¬fied palm branches // Advances in Physical Chem¬istry, 2013. (2013). DOI: 10.1155/2013/159712

Satapathy, D., Natarajan, G. S., Patil, S. J. Adsorption characteristics of chromium (VI) on granular activated carbon // Journal of the Chinese Chemical Society, 52(1), pp. 35-44 (2005).

Kotaś, J., Stasicka, Z. Chromium occur¬rence in the environment and methods of its spe¬ciation // Environmental pollution, 107(3), pp. 263-283 (2000).

Saha, B., Orvig, C. Biosorbents for hexava¬lent chromium elimination from industrial and municipal effluents // Coordination Chemistry Reviews, 254(23-24), pp. 2959-2972. (2010).

Shanker, A. K., Cervantes, C., Loza-Tav¬era, H., Avudainayagam, S. Chromium toxicity in plants // Environment international, 31(5), 739-753 (2005).

Fam, D. W. H., Palaniappan, A., Tok, A. I. Y., Liedberg, B., Moochhala, S. M. A review on technological aspects influencing commercializa¬tion of carbon nanotube sensors // Sensors and Actuators B: Chemical, 157(1), pp. 1-7 (2011).

Mittal, M., Kumar, A. Carbon nanotube (CNT) gas sensors for emissions from fossil fuel burning // Sensors and Actuators B: Chemi-cal, 203, pp. 349-362 (2014).

Lee, K., Scardaci, V., Kim, H. Y., Hallam, T., Nolan, H., Bolf, B. E., Duesberg, G. S. Highly sensitive, transparent, and flexible gas sensors based on gold nanoparticle decorated carbon nano¬tubes // Sensors and Actuators B: Chemical, 188, pp. 571-575 (2013).

Mendoza, F., Hernández, D. M., Makarov, V., Febus, E., Weiner, B. R., Morell, G. Room temperature gas sensor based on tin dioxide-car¬bon nanotubes composite films // Sensors and Actuators B: Chemical, 190, pp. 227-233 (2014).

Adjizian, J. J., Leghrib, R., Koos, A. A., Suarez-Martinez, I., Crossley, A., Wagner, P., Ewels, C. P. Boron-and nitrogen-doped multi-wall carbon nanotubes for gas detection // Carbon, 66, pp. 662-673 (2014).

Bai, L., Zhou, Z. Computational study of B-or N-doped single-walled carbon nanotubes as NH3 and NO2 sensors // Carbon, 45(10), pp. 2105-2110 (2007).

Wang, Y., Yeow, J. T. A review of carbon nanotubes-based gas sensors // Journal of Sen¬sors, 2009. Article ID 493904, 24. (2009).

Ueda, T., Katsuki, S., Takahashi, K., Narges, H. A., Ikegami, T., Mitsugi, F. Fabrica¬tion and characterization of carbon nanotube based high sensitive gas sensors operable at room tem¬perature // Diamond and Related Materials, 17(7-10), pp. 1586-1589 (2008).

Kauffman, D. R., Star, A. Carbon nanotube gas and vapor sensors // Angewandte Chemie In¬ternational Edition, 47(35), pp. 6550-6570 (2008).

Talla, J. A. First principles modeling of boron-doped carbon nanotube sensors // Physica B: Condensed Matter, 407(6), pp. 966-970 (2012).

Zhou, Z., Gao, X., Yan, J., Song, D. Dop¬ing effects of B and N on hydrogen adsorption in single-walled carbon nanotubes through density functional calculations // Carbon, 44(5), pp. 939-947 (2006).

Peng, S., Cho, K. Ab initio study of doped carbon nanotube sensors // Nano Letters, 3(4), pp. 513-517 (2003).

Villalpando-Paez, F., Romero, A. H., Mu¬noz-Sandoval, E., Martınez, L. M., Terrones, H., Terrones, M. Fabrication of vapor and gas sensors using films of aligned CNx nanotubes // Chemical Physics Letters, 386(1-3), pp. 137-143 (2004).

Wang, R., Zhang, D., Zhang, Y., Liu, C. Boron-doped carbon nanotubes serving as a novel chemical sensor for formaldehyde // The Jour¬nal of Physical Chemistry B, 110(37), pp. 18267-18271 (2006).

Radchenko, T. M., Tatarenko, V. A., Sag¬alianov, I. Y., Prylutskyy, Y. I. Effects of nitrogen-doping configurations with vacancies on conduc¬tivity in graphene // Physics Letters A, 378(30-31), pp. 2270-2274 (2014).

Ritter, U., Tsierkezos, N. G., Prylutskyy, Y. I., Matzui, L. Y., Gubanov, V. O., Bilyi, M. M., Davydenko, M. O. Structure–electrical resistiv¬ity relationship of N-doped multi-walled carbon nanotubes // Journal of Materials Science, 47(5), pp. 2390-2395 (2012).

Ovsienko, I. V., Len, T. A., Matsuy, L. Y., Prylutskyy, Y. I., Berkutov, I. B., Andrievskii, V. V., Hayn, R. Magnetoresistance and electri¬cal resistivity of N- doped multi- walled carbon nanotubes at low temperatures // Physica Status Solidi (B), 252(6), pp. 1402-1409 (2015).

Ghasemi, A. S. A DFT Computation for Compaison of NQR of O2, N2 and CO over the Surface of Single-Walled Carbon Nanotubes // Res. J. Appl. Sci. Eng. Tech, 5(6), pp. 1892-1898 (2013).

Galano, A. On the influence of diameter and length on the properties of armchair single-walled carbon nanotubes: a theoretical chemistry approach // Chemical physics, 327(1), pp. 159-170 (2006).

Petrushenko, I. K., Ivanov, N. A. Struc¬tural and electronic properties of finite-length sin¬gle-walled carbon and silicon carbide nanotubes: DFT study // Modern Physics Letters B, 27(29), pp. 1350210 (2013).

Frisch, M.J., Trucks, G.W., Schlegel, H.B., Scuseria, G.E., Rob, M.A., Cheeseman, J.R. et al. Gaussian 09. Gaussian, Inc., Wallingford (2009)

Becke, A.D. Density functional thermo¬chemistry. III. The role of exact exchange // J Chem Phys 98, pp. 5648–5652 (1993).

Lee, C., Yang, W., Parr, R.G. Develop¬ment of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density // Phys Rev B 37, pp. 785–789 (1988).

Talla, J. A. First principles modeling of boron-doped carbon nanotube sensors // Physica B: Condensed Matter, 407(6), pp. 966-970 (2012).

Talla, J. A. Ab initio simulations of doped single-walled carbon nanotube sensors // Chemical Physics, 392(1), pp. 71-77 (2012).

. Vikramaditya, T., Sumithra, K. Effect of substitutionally boron- doped single- walled semiconducting zigzag carbon nanotubes on am¬monia adsorption // Journal of computational chemistry, 35(7), pp. 586-594 (2014).

Hammond, C. R. ‘CRC Handbook of Chemistry and Physics, 2015–2016.’ (2016).

W. C. A. Owen, C. Martin, R. Woodward, Chemistry for the IB Diploma, Cambridge Univer¬sity Press: Cambridge, (2011)

Minkin, V. I. Glossary of terms used in theoretical organic chemistry. Pure and Applied Chemistry, 71(10), pp. 1919-1981 (1999).

Fischer, H., Baer, R., Hany, R., Verhoolen, I., Walbiner, M. 2, 2-Dimethoxy-2-phenylaceto¬phenone: photochemistry and free radical photo¬fragmentation // Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 2, (5), pp. 787-798 (1990).




Copyright (c) 2018 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)