在过去的几十年里，药品被认为是一种环境污染物，人们对它们的去除和管理日益关注[1],[2]。加巴喷丁（GAB）属于抗癫痫药物类别。由于抗癫痫药物也被用于治疗其他疾病，因此使用量很大[3],[4]。由于消耗量增加、未被代谢的部分直接排放，以及现有技术的去除效率较低，加巴喷丁在水体环境中被检测到[5],[6],[7]。在水体中检测到的加巴喷丁浓度范围为ngL-1至μgL-1[7],[8]。此外，文献还显示加巴喷丁甚至在南极浮游植物中被检测到[9]。尽管检测浓度不高，但长期暴露仍是一个问题[10]。虽然传统技术和高级氧化技术可以用于去除水中的加巴喷丁，但这些方法存在实验成本高、降解效率低以及降解产物可能具有毒性的缺点[11],[12],[13],[14],[15]。因此，需要新的、有效的技术。
近年来，由于纳米材料（尤其是纳米笼）具有较高的表面积与体积比，它们被用作多种污染物的环境解决方案[16],[17],[18],[19],[20],[21],[22]。其中，BN型纳米材料因其可调的电子性质和生物相容性而成为多种应用的理想选择[23]。通过对BN纳米结构进行不同原子的掺杂，可以调整其性能[24]。然而，B与Al、Ga属于同一族元素，它们的性质受电子排布的影响。同样，14族元素C和Si也是如此。已知通过掺杂可以改变BN纳米结构的能带结构和吸附性质，因此有必要预测这些原子掺杂后纳米结构将具有何种性质[25],[26],[27]。在这方面，密度泛函理论成为一种经济高效地预测和评估纳米材料性质的有效工具[28],[29]。
为此，截至目前已有一些研究试图寻找适合吸附加巴喷丁分子的吸附材料。Rizehbandi等人研究了加巴喷丁与BN纳米管及掺铝的BN纳米管之间的相互作用，以分析这些纳米材料作为药物载体的潜力[5]。同样，也有研究探讨了杂硼杂环烷烃作为加巴喷丁载体的可能性[30]。Rauls等人分析了加巴喷丁在Cu(110)表面的吸附行为[31]。遗憾的是，这些研究均未涉及这些纳米材料对加巴喷丁的检测或去除能力。考虑到加巴喷丁带来的危害，迫切需要新的方法来清除水中的这种物质。
本研究的目的是确定原始未掺杂和掺杂金属的B12N12纳米笼对加巴喷丁的吸附性能。计算了加巴喷丁、纳米笼及其复合物的结构和电子参数。通过自然键轨道分析、分子中原子的量子理论和非共价相互作用分析，阐明了相互作用机制。为了评估纳米材料的吸附性能及其相关过程的自然行为，使用了吸附能和热力学参数。此外，还确定了纳米材料的反应性质及其检测能力，如通过电导率和功函数等参数来衡量检测能力。本研究的另一个目标是研究电场对吸附过程的影响。这些结果将为设计新的纳米材料和开展新的水污染清洁实验提供有益的参考。
