Metal yüklenmiş karbon nanotüplerin NO sensörü olarak kullanılabilirliğinin yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile incelenmesi

Azot oksit (NO) ve azot dioksit (NO2) birlikte azot oksitler (NOX) olarak adlandırılır. NOx'in büyük oranı azot oksit (NO) halinde olup, daha sonra atmosfer sıcaklığında NO2 kolayca oksitlenebilir. NO renksiz, kokusuz bir gazdır; bitki, insan ve hayvanların solunum sistemine zararlıdır veya canlı vücudundaki oksijeni tüketebilirler. Bu sebepleNO'nun tespiti ve NO konsantrasyonunu en aza indirmek oldukça önemlidir. NO sensörlerinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Ancak, geleneksel NO sensörlerinin yüksek çalışma sıcaklığı ve düşük algılama gibi birçok kusuru vardır. 1990'lı yılların başındaki keşfedilişlerinin ardından karbon nanotüpler ile ilgili üstün ve benzersiz özellikleri hakkında çok sayıda araştırma bulunmaktadır. Hekzagonal sistemde bazal düzlemlerde C-C bağları oluşturulup (Grafen yapısı), bu bağların yuvarlatılıp silindirik şekil elde edilmesiyle oluşuriz.Düşük yoğunlukları, yüksek mukavemeti, yüksek akım taşıma kapasitesi, yüksek ısı iletimi, yüksek sıcaklık kararlılığı, insan saçından 10.000 kez daha ince yapısı, mekanik olarak sağlamlığı, kovalent bağ ile bağlı yapıları, farklı yarıçaplarda çok katlı olabilen ve çok kararlı yapıları sayesinde pek çok kullanım alanları vardır. Son yıllarda, karbon nanotüp gaz sensörleri olarak, yüksek hassasiyet, hızlı yanıt, küçük boyut ve düşük çalışma sıcaklığı gibi mükemmel algılama yetenekleri sayesinde yoğun ilgi görmüştür.Kullanılan nano malzemeler son yıllarda elektrikli cihazlardaki hassasiyeti yüksek miktarda arttırmış ve tek molekül algılama seviyesine getirebilmiştir. NO adsorpsiyonu (NO sensör çalışması) çeşitli adsorbanlar üzerinde deneysel ya da teorik çalışılmış olmasına rağmen metal yüklenmiş karbon nanotüpler üzerinde çok sınırlı sayıda çalışma yapılmıştır. Bu tezçalışmasının amacıNİ, Pd, Pt yüklenmiş (6,0) tek duvarlı karbon nanotüplerinoda sıcaklığında NO sensörü olarak, dünyada yaygın bir şekilde çalışılmaların yapıldığı kuantum kimyasal metotlardan biri olan DFT (Density Functional Theory - Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi) yardımıyla tespit edilerek incelenmesi ile ülkemizin bilim dünyasına ve literatürüne bir katkı vermesi ve olası deneysel çalışmalara öncülük etmesine olanak sağlayacak araştırmalara yöneliktir. Tez kapsamında yapılan bu kuantum kimyasal hesaplarda WB97XD/6-31G(d,p) metodu kullanılmıştır. Yapı (cluster) modellemesi ile tasarlanan karbon nanotüp yapıları üzerindeki bir karbon atomunun yerine metal yükleme işlemleri yapılmıştır. NO molekülü karbon nanotüp üzerindeki metal atomunun üzerine hem nitrojen hem de oksijen tarafından yerleştirilerek kuantum kimyasal hesaplamalar yapılmıştır.Sistemin tercih edeceği minimum enerjilikonfigürasyon, Ni-TDKNT için O tarafından yakınlaşan NO molekülü, Pd –TDKNT ve Pt-TDKNT yapıları için ise N tarafından yakınlaşan NO molekülüdür. Bu yapılar için enerji değerleri ve yapısal parametreler kuantum kimyasal hesaplar ileNO adsorpsiyonu öncesi ve sonrası olarak hesaplanmış ve bu yapılar için karşılaştırılmıştır. Adsorpsiyon enerji değerleri sırası ile Ni-CNT, Pd-CNT ve Pd-CNT yapılarında sırasıyla -57,0, -82,6, -82,1 kcal/mol olarak hesaplanmıştır.Kimyasal kararlılık hakkında önemli bilgi veren HOMO ve LUMO enerji boşluğu (HLG) sadece Pt katkılı TDKNT yapısında NO adsorpsiyonu sonrası azalmıştır. Sonuç olarak, Pt katkılı (6,0) TDKNT yapısının oda sıcaklığında azot oksit algılama potansiyeli vardır.