Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062
Эль Занин Антон Раджабович — студент, лаборант кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения
100 Universitetsky Ave., Volgograd 400062
Anton R. El Zanin — Student, Laboratory Assistant of the Departmentof Forensic Science and Physical Materials Science
Университетский просп., д. 100, Волгоград, 400062
Борознин Сергей Владимирович — доктор физ.-мат. наук, доцент, зав. кафедрой судебной экспертизы и физического материаловедения
100 Universitetsky Ave., Volgograd 400062
Sergey V. Boroznin — Dr. Sci. (Phys.-Math.), Associate Professor, Head of the Department of Forensic Science and Physical Materials Science
Проведено исследование процесса адсорбции оксида кобальта Co3O4 на поверхности углеродной нанотрубки (УНТ) типа «кресло» в трех положениях адсорбции путем квантово-химического моделирования в рамках теории функционала плотности на уровне теории B3LYP/3-21G. Были рассчитаны значения ширины запрещенной зоны исходной УНТ (6,6) и композитов УНТ (6,6)/Co3O4 с различными положениями адсорбции и определены механизмы ее изменения, а также проведен анализ зарядового распределения в полученных структурах. Проведенное исследование позволило установить возможность поверхностного модифицирования углеродной нанотрубки (6,6) оксидом кобальта в любом из рассмотренных положений адсорбции, поскольку во всех приведенных случаях наблюдался процесс химической адсорбции. Подобное модифицирование приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны, что связано с повышением потолка валентной зоны и понижением дна зоны проводимости. В наибольшей степени ширина запрещенной зоны уменьшается при адсорбции оксида кобальта в положение, при котором атом кобальта оксида расположен над центром гексагона углеродной нанотрубки. Электронная плотность смещается с оксида кобальта на поверхность нанотрубки, при этом атом кобальта оксида приобретает положительный заряд, а близлежащие к нему атомы углерода — отрицательный. Полученные результаты могут быть применены для разработки новых устройств наноэлектроники, газовых сенсоров и биосенсоров.
In this work the adsorption of the cobalt oxide on the surface of the “armchair” carbon nanotube (CNT) in three positions of the adsorption was investigated by quantum chemical modeling with methods of the density functional theory on the B3LYP/3-21G level. The values of the band gap of the pure CNT(6,6) and CNT(6,6)/Co3O4 composites with different adsorption positions were calculated and the mechanisms of its change were determined, the charge distribution in the obtained structures was analyzed. The conducted study permitted the establishment of the possibility of surface modification of CNT(6,6) with cobalt oxide in any of the considered adsorption positions, as evidenced by the observation of a process of chemical adsorption in all the given cases. Such modification leads to a decrease in the band gap, which is associated with an increase in the top of the valence band and a decrease in the bottom of the conduction band. The maximum decrease of the band gap is observed for the adsorption of cobalt oxide to a position where the cobalt atom of the cobalt oxide is located above the center of the CNT hexagon. The electron density shifts from the cobalt oxide to the surface of the CNT, while the cobalt atom of the cobalt oxide charges positively, and the carbon atoms nearby it charge negatively. The obtained results can be useful for the development of new nanoelectronics devices, gas sensors and biosensors.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.