A Computational Chemistry Study on the Interactions Between Hydrogenated Borophene and Amino Acids

Abstract

In this work, the adsorption behavior of hydrogenated borophene to amino acids was examined to provide its geometric and electronic structures information and to check whether hydrogenated borophenes’ potential can be used in new biosensor devices for amino acids or not. In the aspect of this thesis adsorption of 4 amino acids from different types of amino acid classes (acidic, basic, nonpolar, and polar) on hydrogenated borophene surfaces has been studied by computational chemistry methods. Electronic and geometric structures of B36H6 and its complexes with glycine, tyrosine, aspartic acid, and histidine were obtained by DFT calculations at B3LYP-D2 / 6-311G** level of theory. In the energetically most favorable configurations of complexes, amino acids approaching from the bottom of the B36H6 surface with a horizontal orientation (exception for histidine complexes) of amino acid was observed. The most reactive parts of the B36 structure (edges) have been stabilized with hydrogenation, the whole boron cluster became more stable and adsorption ability has fallen. It was found that hydrogenated borophene has indistinguishable electronic responses for each the amino acids studied in this thesis since the complexes exhibited nearly the same band gap. Thus, hydrogenated borophene shows no sensor ability to GLY, TYR, ASP, and HIS.

Bu tez çalışmasında, hidrojenlenmiş borofenin amino asitlere karşı adsorpsiyon davranışı, geometrik ve elektronik yapı bilgilerini sağlamak ve hidrojenlenmiş borofenlerin amino asitler için yeni biyo-sensör cihazlarında kullanılma potansiyeli incelenmiştir. Bu tez kapsamında, farklı amino asit sınıflarından (asidik, bazik, polar olmayan ve polar) 4 amino asidin hidrojenlenmiş borofen yüzeylerine adsorpsiyon davranışları hesaplamalı kimya yöntemleri ile çalışılmıştır. B36H6 ve glisin, tirozin, aspartik asit ve histidin ile komplekslerinin elektronik ve geometrik yapıları, B3LYP-D2 / 6-311G** teorisi seviyesinde DFT hesaplamaları ile elde edilmiştir. Enerjisel olarak en uygun kompleks konfigürasyonlarında, B36H6 yüzeyinin alt konumunda amino asitlerin yatay bir yönelim (histidin kompleksleri hariç) ile yaklaştığı gözlemlenmiştir. B36 yapısının en reaktif kısımları (kenarlar) hidrojen eklenmesi ile daha stabilize olarak tüm bor kümesi daha kararlı hale gelmiştir ve adsorpsiyon kabiliyeti düşmüştür. Hidrojenlenmiş borofenin, bu tezde çalışılmış amino asitler üzerinde ayırt edilemez elektronik tepki gösterdiği gözlenilmiştir. Her bir amino asit – B36H6 kompleksi için neredeyse aynı HOMO-LUMO enerji farkı elde edilmiştir. Bu nedenle hidrojenlenmiş borofenin, GLY, TYR, ASP ve HIS amino asitleri için sensör yeteneği olduğu söylenemez.