التشخيص العملي والنظري لخصائص التراكيب النانوية لكبريتيد الزنك

رسالة ماجستير

اسم الباحث : مناهل علي حريجه علي

اسم المشرف : ألاستاذ المساعد الدكتورة عـــلا مهدي الهنداوي : الاستاذ المساعد الدكتورة نغم محي التميمــي

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تم تحضير جزيئات كبريتيد الزنك بنجاح باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي, تم التحكم بعملية نمو الجسيمات النانوية من خلال دراسه الظروف المثلى لنمو كبريتيد الزنك, مثل تراكيز مواد البدء, وقت التفاعل, درجه حرارة التفاعل ودرجة الحموضه لكل من الحالتين بوجود وغياب البوليمر بولي اثيلين كلايكول. تم التأكد من تكوين الجسيمات النانويه بوجود البوليمر وغيابه باستخدام عدة تقنيات وفحوصات منها الفحص بواسطه المجهر الالكتروني الماسح و المجهر الالكتروني النافذ وتحويل فورييه للاشعه تحت الحمراء واستخدام حيود الاشعه السينيه كذلك تم استخدام الطيف المرئي للاشعه فوق البنفسجيه لتقدير طاقه فجوة النطاق لكل من جسيمات كبريتيد الزنك المغطاة وغير المغطاة بالبوليمر واتضحت انها بحدود 4.2 فولط و4.5 فولط على التوالي . مما يشير إلى أن تأثير الحبس الكمي الذي يُعتقد أنه يظهر عندما يصبح حجم الجسيم أصغر. تمت أيضًا دراسة الخواص البصرية للمواد النانوية المحضرة المغطاة بالبوليمر وغير المغطاة، ثم تم ربط نتائج الجزء العملي مع الجزيء النظري باستخدام برامج
GaussianView 6.0 Gaussian 09W Chem Draw professional 15.0
تم تحسين هياكل الهندسة الجزيئية بدقة لتتوافق مع عتبات طاقة التقارب المنخفضة لمجموعة Zn3S3 قبل وبعد إضافة البولي إيثيلين جلايكول (PEG4000) تم استخدام حسابات نظرية الكثافة الوظيفية DFT/ B3LYP مع مجموعة أساس (d,p)G113- 6لدراسة الخصائص الهيكلية والإلكترونية لمركب Zn3S3-PEG4000.تم تحليل ترددات الأوضاع الاهتزازية الكاملة بشكل منهجي على أساس توزيع الطاقة الكامنة. تم تقييم اتفاق أطياف FTIR للجزيئات ذات العناوين بين النتائج التجريبية والنظرية للقمم النشطة للمجموعات الوظيفية O-H وC-H وC=O وC-O-C وZn-S. تم حساب المدارات الجزيئية الحدودية العالية المشغولة والمنخفضة غير المشغولة (HOMO&(LUMO) ورسمها للحصول على فجوة الطاقة (E𝒈) الناتجة عن الفرق بين تلك المدارات. تم الحصول على المؤشر الواعد عند زيادة E𝒈 من (4.031 إلى 4.459) eV بعد إضافة PEG4000، مما يشير إلى تأثير البوليمر على سطح ZnS كعامل تغطية. بالإضافة إلى ذلك، الميزات الإلكترونية للهياكل المذكورة مثل: جهد التأين (IP)، مستوى طاقة فيرمي(Ef)، الألفة الإلكترونية (EA)، فجوة الطاقة (𝑬𝒈)، الجهد الكيميائي (𝑪𝒑)، السالبية الكهربية (χ)، الصلابة العالمية (η) والنعومة الكيميائية (S) والكهربية (𝛚) والألفة النووية (ε) بالإضافة إلى السطح المتساوي الكهروستاتيكي الجزيئي والمخطط الكنتوري لـ وZn3S3_PEG4000

Experimental and Theoretical Investigations of Zinc Sulfide Nanostructur Features

Zinc sulfide nanoparticles were prepared successfully using the chemical precipitation method. The growth process of ZnS nanoparticles was controlled by optimizing parameters such as the reaction time, the concentration of starting materials, the reaction temperature, and the pH of the solution. The formation of zinc sulfide nanoparticles in the absent and presence of PEG4000 was confirmed through Field emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), Fourier transform infrared (FT-IR), X-Ray Diffraction (XRD), and Transmission Electron Microscopy(TEM). The UV-visible spectrum was used to estimate the band gap energy and it turned out to be 4.2 eV and 4.5 eV for both uncapped ZnS and PEG-capped ZnS nanoparticles, respectively. Suggesting, the effect of quantum confinement which is believed to appear as the particle’s size gets smaller. The optical properties of the prepared nanomaterials covered with the polymer and not covered were also studied, and then the theoretical part of this work was moved using the special program GaussianView 6.0 Gaussian 09W Chem Draw professional 15.0, and linking the results of the practical part with the theoretical one. Molecular geometry structures were accurately optimized to low convergence energy thresholds for the Zn3S3 cluster before and after adding Polyethylene Glycol (PEG4000). Density functional theory DFT/ B3LYP calculations with 6-113G (d, p) basis set were employed to investigate structural and electronic properties of Zn3S3-PEG4000 composite. Complete vibrational modes frequencies were systematically analyzed on the distribution basis of potential energy. An agreement of FTIR spectra of titled molecules was evaluated between experimental and theoretical findings of the active peaks of O–H, C–H, C=O, C–O–C and Zn–S functional groups. Frontier high occupied and low unoccupied molecular orbitals (HOMO&LUMO) were calculated and plotted to obtain the energy gap (E𝒈) resulting from the difference between those orbitals. The promising indicator was obtained at increasing E𝒈 from (4.031 to 4.459) eV after adding PEG4000, pointing out the effect of polymer on the ZnS surface as a capping agent. Additionally, electronic features of mentioned structures such as: Ionization potential (IP), Fermi energy level (Ef), Electron affinity (EA), Ef, Energy Gap (𝑬𝒈), Chemical Potential (𝑪𝒑), Electronegativity (χ), Global Hardness (η), Chemical Softness (S), Electrophilicity (𝛚) and Nucleophilicity (ε), were calculated in addition to the molecular electrostatic potential isosurface and contour diagram of Zn3S3 and Zn3S3_PEG4000