INVESTIGATION OF MOLECULAR PROPERTIES OF HEAVY METAL DOPED GRAPHENE AND FORMATION FROM PYRENE USING DENSITY FUNCTIONAL THEORY

Abstract

ABSTRACT

In this study, coronene regarded as an exemplary structure of graphene at a molecular level. The electrical and structural characteristics of graphene models doped with Pb, U, and Pu analyzed using Density Functional Theory (DFT). The study focused on the double lead doped forms of graphene, where two lead (Pb) atoms placed on the same side in the Cis model and on opposing sides in the Trans model. The optimized models achieve structures with minimized energy, which validated by the calculated non-imaginary frequencies. Molecular and atomic characteristics analyzed to assess the impact of lead dopant on the structural and electronic properties of graphene in order to compare different models. This study get three models of Uranium-doped graphene, named (UG1), (UG2), and (UG3), based on the size of their surface layers, were analyzed, and the stable structures were determined. The electronic molecular orbital characteristics of these structures assessed as appropriate. The results demonstrated that stabilized structures can be produce where the electrical characteristics vary based on size. The (UG3) model anticipated to have a higher degree of conductivity compared to the (UG1) model, which had a lower level. The energy levels of the HOMO and LUMO were proof of the electronic conductivity qualities' success. Ultimately, the dimensions of the (UG) model can influence its electronic characteristics for particular uses.

Plutonium (Pu)-doped conical Nano-carbon materials, (PuNC120), (PuNC180), and (PuNC240), created with separation angles of 120, 180, and 240 degrees, respectively, with the Pu atom doped at the apex of the conical structure. The results showed that the (PuNC120) model with four Plutonium-Carbon bonds had exceptional electrical and conductivity characteristics in this study. The model systems identified for additional applications based on their structural and electrical characteristics. This work's primary accomplishments included effectively optimizing the models by enhancing the relevant information compared to other models. Future applications for these model systems could be anticipate based on the analyzed electronic characteristics.

ÖZET

Bu çalışmada Coronene, moleküler ölçekte grafenin temsili bir yapısı olarak kabul edildi. Pb, U ve Pu katkılı grafen modellerinin elektronik ve yapısal özellikleri, yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) yaklaşımı kullanılarak araştırıldı. Çift kurşun (Pb) katkılı grafen modelleri, Cis modelinde iki Pb atomunun grafenin aynı tarafına yerleştirilmesi ve Trans modelinde iki Pb atomunun karşıt taraflara yerleştirilmesiyle incelenmiştir. Modeller, değerlendirilen hayali olmayan frekanslarla doğrulanan minimum enerji yapılarını elde etmek için optimize edildi. İncelenen modeller arasında bir karşılaştırma yapmak amacıyla Pb katkı maddesinin grafenin yapısal ve elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini tanımak için moleküler ve atomik özellikler elde edildi. Küçükten büyüğe (UG1), (UG2) ve (UG3) olarak tanımlanan farklı boyutlardaki yüzey katmanları ile U katkılı grafenin üç modeli ile incelendi ve stabilize yapılar elde edildi. Bu yapıların elektronik moleküler yörünge özellikleri buna göre değerlendirildi. Sonuçlar, elektronik özelliklerin boyuta bağlı olduğu stabilize yapıların gerçekten de elde edilebileceğini gösterdi. İletkenlik özelliğinin (UG3) modelinde daha yüksek düzeyde olması beklenirken (UG1) modelinde daha düşük düzeyde olması bekleniyordu. En yüksek dolu ve en düşük boş moleküler yörüngelerin (HOMO ve LUMO) enerji seviyeleri, gerçekten de elektronik iletkenlik özelliklerinde böyle bir başarının kanıtıdır. Sonuç olarak UG’ nin model boyutu, belirli uygulamalar için elektronik özelliklerini belirleyebilir.

Plütonyum (Pu) katkılı konik nano-karbon malzemelerin incelenmesi için Pu atomunun konik yapının tepesine katkıladığı 120, 180 ve 240 derecelik ayrım açılarıyla (PuNC120), (PuNC180) ve (PuNC240) modelleri elde edildi. Sonuçlar, dört Pu-C bağına sahip PuNC120’ nin, dikkat çekici elektronik ve iletkenlik özellikleri gösteren bu çalışmanın seçkin modeli olduğunu gösterdi. Model sistemler, daha sonraki uygulamalar için belirlenecek yapısal ve elektronik özelliklere göre tanındı.

Bu çalışmanın ana kazanımları, modelin faydalı bilgilerinin diğer modellere göre geliştirilerek modellerin başarılı bir şekilde optimizasyonuydu. Araştırılan elektronik özelliklere dayanarak, bu tür model sistemler için daha ileri uygulamaların geliştirilmesi beklenebilir.