در این کار تحقیقی برهم کنش یک حفره ایجاد شده در یک نانوساختار مسطح گرافنی یا بورنیتریدی با ذرات خنثی یا باردار عبور کننده از وسط حفره با استفاده از روش نظریه تابعی چگالی (DFT) بررسی شده است. ابتدا برهم کنش گرافن 8*8 با حفره ای در وسط آن در دو حالت خنثی و باردارشده با کاتیونهای Na+، Mg+2 و Ca+2 و آنیونهای Cl- و NO3- بررسی شده است. نمودارهای انرژی پتانسیل برهمکنش نشان داد که القای بار مثبت بر کنترل عبور کاتیونها از حفره بی تاثیر اما القای بار منفی میتواند یک سد پتانسیل را برای عبور آنیونها بوجود آورد. علاوه بر این تغییرات شکاف انرژی حین عبور هر دوی کاتیونها و آنیونها چنان بزرگ است که آشکارسازی این یونها را میسر می سازد. در قسمت دوم، عبور خوشه های آب در حالت خالص و در بردارنده آنیون ها و کاتیون های متداول در آب ( Na+، Ca2+، Mg2+، Cl- و NO3-) مورد بررسی قرار گرفته است. مقادیر اندک انرژی باردار سازی در مقایسه با انرژی ایجاد حفره، برای هر دو نانوساختار، جنبه های کاربردی و اقتصادی روش حاضر را تایید می کند. نتایج نشان می دهند که انرژی برهمکنش بین مولکول های آب با خودشان و با یونهای احاطه شده توسط خوشه آب چنان بزرگ است که عبور منفرد مولکولهای آب و یا یونها از حفره تقریباً غیرممکن است. با توجه به نتایج، خوشه های آب در هر دو حالت خالص و در بردارنده یون ها قابلیت عبور از حفره های ایجاد شده در نانو ساختارهای گرافنی و بورنیتریدی بدون بار را دارند. در حالیکه هر سه کاتیون Na+، Ca2+ و Mg2+ در حالت آب پوشیده به راحتی از وسط حفره ایجاد شده در نانوصفحه بورنیتریدی خنثی عبور می کنند، القای بار|e|20+ بر این سیستم یک سد انرژی پتانسیل بزرگ را بر عبور این کاتیون ها اعمال می کند. از طرف دیگر در حالیکه القای بار -20|e| در نانوصفحه گرافنی باعث ایجاد پتانسیل برهمکنش جاذبه ای بین خوشه و جداره حفره می شود، برای عبور خوشه های در بردارنده آنیون های Cl- و NO3- یک برهمکنش الکترواستاتیکی دافعه ای را بوجود می آورد. بنابر این، این نتایج نشان می دهند که ایده خالص سازی آب نسبت به کاتیونها و آنیونها به ترتیب با استفاده از نانوصفحات حفره دار و باردار گرافنی و بورنیتریدی میتواند تا حد زیادی واقعی و کاربردی باشد. نهایتا اینکه با توجه به تغییرات شکاف انرژی انتظار می رود که هردو نانوساختار گرافنی و بور نیتریدی حفره دار قابلیت آشکارسازی خوشه های اب را در حالت خالص و نیز در حالت در بر دارنده یون داشته باشند.
