بررسی ترمودینامیکی برهمکنش تتریل با نانو ساختار فولرن (C24)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی(ره) شهر ری، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه شیمی کاربردی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد یادگار امام خمینی (ره)، تهران، ایران

چکیده

ددر این مطالعه برهمکنش ماده انفجاری تتریل با فولرن 24 کربنه خالص و همچنین فولرن تلقیح شده با سیلیسیم و ژرمانیوم به صورت محاسباتی مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا ساختار فولرن های معمولی و تلقیح شده، تتریل و مشتقات به دست آمده از برهمکنش میان ماده انفجاری و نانو ساختار در دو پیکربندی متفاوت، مورد بهینه سازی هندسی قرار گرفت. سپس محاسبات IR و Frontier molecular orbital بر روی ساختار های بهینه شده صورت گرفت. مقادیر انرژی جذب شیمیایی، تغییرات انرژی آزاد گیبس (ΔGint)، تغییرات آنتالپی (ΔHint) و ثابت تعادل ترمودینامیکی(Kth) نشان دادند که فرآیند جذب شیمیایی تتریل بر روی سطح فولرن خالص و همچنین نانو ساختار های تلقیح شده با سیلیسیم و ژرمانیوم خوبخودی، گرما زا و برگشت ناپذیر بوده و از لحاظ تجربی امکان پذیر می‌باشد. مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه (Cv)، فواصل پیوند N-O و C-N، و چگالی مشتقات تتریل با نانو ساختار ها حکایت از آن داشتند که حساسیت تتریل نسبت به حرارت پس از جذب شدن بر روی سطح فولرن به مراتب کاهش پیدا کرده و در عین حال سرعت و فشار انفجار و قدرت تخریبی آن افزایش چشم گیری داشته است. پارامترهای اوربیتال های مولکولی مانند گپ انرژی، الکتروفیلیسیته، سختی و پتانسیل شیمیایی نیز مورد بررسی قرار گرفتند و نتایج نشان دادند که هدایت الکتریکی تتریل بعد از برهمکنش با فولرن کاهش چشم گیری پیدا کرده و از فولرن می‌توان به عنوان یک ماده الکتروفعال در ساخت حسگر های الکتروشیمیایی برای اندازه گیری تتریل استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] H. H. Cady, The Crystal Structure of N-Methyl-N,2,4,6-tetranitroaniline (Tetryl). Acta. Cryst. 23(1967), 601-609.

[2] P. C. Hariharan, W. S. Koski, J. J. Kaufman, Ab Initio MODPOT/VRDDO/MERGE Calculationson Energetic Compounds. 111. Nitroexplosives: Polyaminopolynitrobenzenes (Including DATB, TATB, and Tetryl). Int. J. Quantum. Chem. 23 (1983), 1493-1504.

[3] S. D. Harvey, R. J. Fellows, J. A. Campbell, D. A. Cataldo, Determination of the explosive 2,4,6trinitrophenylmethylnitramine (tetryl) and its transformation products in soil. J. Chromatogr. 605(1992), 227-240.

[4] I. E. Lindstorm, Planar Shock Initiation of Porous Tetryl. J. Appl. Phys. 41(1970), 337-350.

[5] A. Mustafa, A. A. Zahran, Tetryl, Pentyl, Hexyl, and Nonyl Preparation and Explosive Properties. J. Chem. Eng. Data. 8(1963) 135-150.

[6] S. R. Myers, J. A. Spinnato, Metabolism, tissue distribution, and pharmacokinetics of

N-methyl-N-2,4,6-tetranitroaniline (tetryl). Environ. Toxicol. Pharmacol. 24(2007), 206-211.

[7] D. Ngoc Khue, T. D. Lam, N. V. Chat, V. Q. Bach, D. B. Minh, V. D. Loi, N. V. Anh, Simultaneous degradation of 2,4,6-trinitrophenyl-N-methylnitramine (Tetryl) and hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5 triazine (RDX) in polluted wastewater using some advanced oxidation processes. J. Ind. Eng. Chem. 20 (2014), 1468-1475.

[8] S. D. Harvey, R. J. Fellows, J. A. Campell, D. A. Cataldo, Determination of the explosive 2,4,6trinitrophenylmethylnitramine (tetryl) and its transformation products in soil. J. Chromatogr. 605(1992), 227-240.

[9] T. V. Reddy, G. R. Olson, B. Wiechman, G. Reddy, J. Torsella, F. B. Daniel, G. J. Leach, Toxicity of Tetryl (N-Methyl-N,2,4,6-Tetranitroaniline) in F344 Rats. Int. J. Toxicol. 18(1999), 97-107.

[10] M. E. Fuller, J. Kruczek, R. L. Schuster, P. L. Sheehan, P. M. Arienti, Bioslurry treatment for soils contaminated with very high concentrations of 2,4,6trinitrophenylmethylnitramine (tetryl). J. Hazard. Mater. 100(2003), 245- 257.

[11] J. Hilton, C. N. Swanston, Clinical manifestations of tetryl and trinitrotoluene. B. M. J. 2(1941), 509-510.

[12] S. J. Toal, W. C. Trogler, Polymer sensors for nitroaromatic explosives detection. J. Mater. Chem. 16(2006), 2781-2883.

[13] Stringer, R. C.; Gangopadhyay, S., Grant, S. A., Detection of Nitroaromatic Explosives Using a Fluorescent-Labeled Imprinted Polymer. Anal. Chem. 2010, 82 (3), 4015- 4019, DOI: 10.1021/ac902838c.

[14] J. D. Rodgers, N. J. Bunce, Treatment methods for the remediation of nitroaromatic explosives. Wat. Res. 35(2001), 2101-2111.

[15] Y. Pan, W. Zhu, H. Xiao, Theoretical studies of a series of azaoxaisowurtzitane cage compounds with high explosive performance and low sensitivity. Comput. Theor. Chem. 1114(2017), 77-86.

[16] G. Han, R. J. Gou, F. Ren, S. Zhang, C. Wu, S. Zhu, Theoretical investigation into the influence of molar ratio on binding energy, mechanical property and detonation performance of 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazacyclo octane (HMX)/1-methyl-4,5-dinitroimidazole (MDNI) cocrystal explosive. Comput. Theor. Chem. 1109(2017), 27-35.

[17] P. Ma, Y. Pan, J. C. Jiang, S. G. Zhu, Molecular Dynamic Simulation and Density Functional Theory Insight into the Nitrogen Rich explosive 1,5-diaminotetrazole(DAT). Procedia. Eng. 211(2018), 546-554.

[18] M. D. Esrafili, N2O reduction over a fullerene-like boron nitride nanocage: A DFT study. Phys. Lett. 381(2017), 2085-2091.

[19] A. Vinu, T. Mori, K. Ariga, New families of mesoporous materials. Sci. Technol. Adv. Mater. 7(2006), 753-771.

[20] M. T. Baei, M. Moghimi, A. shojaei, Benzene Adsorption on C24Fullerene. Biosci., Biotech. Res. Asia. 12(2015), 1363-1366.

[21] A. Hosseinian, E. Vessaly, S. yahyaei, L. Edjlali, A. Bekhradnia, A Density Functional Theory Study on the Interaction Between 5-Fluorouracil Drug and C24 Fullerene. J. Clust. Sci. 28(2017), 2681-2692.

[22] L. Shemshaki, R. Ahmadi, The thermodynamic parameters derived material [1,5-b] tetrazolo [1,2,4] Terry inflorescences (TTA) with boron nitride nano- cages in different conditions of temperature, density functional theory method. Int. J. New. Chem. 2(2015), 247-254.

[23] R. Ahmadi, N. Madahzadeh Darini, Study of 5-Picrylamino-1,2,3,4-tetrazole(PAT) with nanostructures of fullerene and boron nitride nano-cages in different conditions of temperature, using density functional theory. Int. J. Bio-Inorg. Hybr. Nanomater. 5(2016), 273-278.

[24] R. Ahmadi, L. Shemshaki, The thermodynamic parameters of the formation of derivatives of 1-(4-nitrophenyl)-1H-Tetrazole (NPHT) with Boron Nitride nano-cage structure in different temperature conditions, the DFT method. Int. J. Bio-Inorg. Hybr. Nanomater. 5(2016), 141-146.

[25] R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, Investigating the Effect of Doping Graphene with Silicon in the Adsorption of Alanine by Density Functional Theory. Phys. Chem. Res. 6(2018), 639-655.

[26] M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, Evaluating the Performance of 2,3-dihydro-1H-phenothiazine4(5aH)-one as an Ionophore in Construction of a Cation Selective Electrode by Density Functional Theory. Int. J. New. Chem. 5(2018) 409-418.

[27] M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, Investigating the Complexation of a recently synthesized phenothiazine with Different Metals by Density Functional Theory. Int. J. New. Chem. 4(2017), 400-408.

[28] R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, Computational investigation of the influence of carbon nanostructures on the properties of energetic TATB substance by DFT method. Int. J. Bio-Inorg. Hybrid. Nanomater. 6(2017), 239-244.

[29] R. Ahmadi, Study of thermodynamic parameters of (TATB) and its fullerene derivatives with different number of Carbon (C20, C24, C60), in different conditions of temperature, using density functional theory. Int. J. Nano. Dimens. 8(2017) 250-256.

[30] M. Culebras, A. M. Lopez, C. M. Gomez, A. Cantarero, Thermal sensor based on a polymer nanofilm. Sens. Actuators. A. Phys. 239(2016) 161-165.

[31] M. R. Jalali Sarvestani, L. Hajiaghbabaei, J. Najafpour, S. Suzangarzadeh, 1-(6-choloroquinoxaline-2-yl) Hydrazine as an Excellent Ionophore for Ppreparation of a Cobalt Selective Electrode and Potentiometric Measuring of Vitamin B-12 in Pharmaceutical Samples. Anal. Bioanal. Electrochem. 10(2018), 675-698.

[32] P. Ravi, M. G. Gore, S. P., Tewari, A. K., Sikder, DFT study on the structure and explosive properties of nitropyrazoles. Mol. Simul. 38(2013), 218-226.

[33] R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, Adsorption of proline amino acid on the surface of fullerene (C20) and boron nitride cage (B12N12): A comprehensive DFT study. Iran. Chem. Commun. 7 (2019), 344-351.

[34] M. R. Jalali Sarvestani, R. Ahmadi, Investigating the Influence of Doping Graphene with Silicon and Germanium on the Adsorption of Silver (I). J. Water. Environ. Nanotechnol. 4 (2019), 48-59.

[35] E. S. Mirkamali, R. Ahmadi, K. Kalateh, G. Zarei, Adsorption of melphalan anticancer drug on the surface of fullerene (C24): a comprehensive DFT study. Nanomed. J. 6 (2019), 112-119.

[36] B. Farhang Rik, R. Ahmadi, M. Karegar Razi, Evaluation of C60 nano-structure performance as nano-carriers of procarbazine anti-cancer drug using density functional theory methods. Iran. Chem. Commun. 7 (2019), 405-414.

[37] M. Godarzi, R. Ahmadi, R. Ghiasi, M. Yousefi, Effect of B12N12 junction on the energetic and chemical features of PATO: A density functional theory investigation. Int. J. Nano. Dimens. 10 (2019), 62-68.

[38] R. Ahmadi, M. R. Jalali Sarvestani, B. Sadeghi, Computational study of the fullerene effects on the properties of 16 different drugs: A review. Int. J. Nano. Dimens. 9 (2018), 325-335.