Adsorption, sensing and catalytic properties of the pristine C24N24 nanocage to small gas molecules: A DFT-D3 investigation

              วัสดุคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจ เป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มีความสามารถในการดูดซับแก๊ส บริเวณตำแหน่งอะตอมของไนโตรเจนหรือคาร์บอน การดูดซับแก๊สต่างชนิดกันบนคาร์บอนไนไตรด์ย่อมให้ค่าพลังงานการดูดซับที่แตกต่างกัน ความสามารถในการดูดซับแก๊สของวัสดุคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจ หรือพลังงานการดูดซับเป็นค่าลบมากๆ แสดงถึงความเสถียรของโครงสร้างการดูดซับนั้นๆ สมบัติเช่นนี้ทำให้คาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจดังกล่าวมีศักยภาพในการเป็นวัสดุกักเก็บแก๊สนั้นๆ ได้ดี และหากการดูดซับแก๊สบนวัสดุนาโนเคจมีผลทำให้การนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปมากอย่างมีนัยสำคัญ และมีเวลาการคืนสภาพ (recovery time) ที่น้อยมาก ทำให้ วัสดุนาโนเคจมีศักยภาพในการเป็นวัสดุตรวจจับแก๊สนั้นๆ (gas sensing materials)

 

             ทางกลุ่มวิจัยของ ศ.ดร.วิทยา เรืองพรวิสุทธิ์ ร่วมกับนักศึกษาแลกเปลี่ยนจาก Department of Chemistry, University of Liverpool ประเทศอังกฤษ ได้ศึกษาการดูดซับแก๊สขนาดเล็กบนวัสดุคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจ (C24N24, CNNC) โดยใช้ทฤษฎีฟังก์ชันนัลความหนาแน่น (density functional theory, DFT) โดยศึกษาความสามารถในการดูดซับ และการตรวจจับแก๊สบนผิววัสดุคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจ ผลการศึกษาพบว่าคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจมีคุณสมบัติในการกักเก็บแก๊สขนาดเล็กได้ดี และพบว่าวัสดุคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาโดยสามารถเกิดปฏิกิริยาการดูดซับร่วมของ H2O กับ SO2 และ H2O กับ CO2 บนผิว มีกลไกการการดูดซับแบบ Langmuir-Hinshelwood และ Langmuir-Rideal ตามลำดับ นอกจากนี้ H2O เกิดการดูดซับแบบแตกตัวบนผิวคาร์บอนไนไตรด์นาโนเคจ การดูดซับดังกล่าวมีประโยชน์อย่างมากต่อการวิจัยและพัฒนาด้านวัสดุระดับนาโน เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและวัสดุกักเก็บพลังงาน