Coalescenţa Nanostructurilor

CCoalescenţa oalescenţa NanostructurilorNanostructurilor

CoordonatorCoordonator ştiinţificştiinţific

Prof. Dr. Mircea V. Prof. Dr. Mircea V. DiudeaDiudea

DoctorandDoctorand

NagyNagy Levente CsabaLevente Csaba

20042004

CuprinsCuprins

NanopeapoziNanopeapoziCoalescenţa FullerenelorCoalescenţa FullerenelorFormarea Formarea TorilorTorilor din DWNTdin DWNT

CoalescenţaCoalescenţa

+Ih C60 Ih C60

DD55dd CC120120

)A[10,0]*)5(56(30 55C−A[10,6]))56(56(120 55C

−

Istoria NanostructurilorIstoria Nanostructurilor

Fullerena CFullerena C6060 -- 1985 H. W. 1985 H. W. KrotoKroto etet alal., ., NatureNature 318, 162.318, 162.Nanotuburi Nanotuburi -- 1991 S. 1991 S. IijimaIijima, , NatureNature 354, 354, 56.56.NanopeapoziNanopeapozi -- 2001 S. 2001 S. BandowBandow etet alal. Chem. . Chem. PhysPhys. . LettLett. 337, 48.. 337, 48.

Coalescenţa în Coalescenţa în NanopeapoziNanopeapozi

Coalescenţa în Coalescenţa în NanopeapoziNanopeapozi

IradiereIradiere ÎncălzireÎncălzire

S. S. BandowBandow, , etet alal., ., ChemChem. . PhysPhys. . LettLett., ., 20042004, , 384384, 320., 320.E. E. HernándezHernández, , NanoNano LettLett., ., 20032003, , 33, 1037., 1037.

Tub cu Dublu StratTub cu Dublu Strat

Dimerii CDimerii C120 120 rezultaţi prin cicloadiţie [2+2]rezultaţi prin cicloadiţie [2+2]

CC120120--pppp--cc

CC120120--hhhh CC120120--hphp

CC120120--pppp--tt

A. M. A. M. RaoRao etet alal. , . , ScienceScience, , 19931993, , 259259, 955., 955.

Structuri de Tip PStructuri de Tip Peanuteanut AA

StructuriStructuri Peanut ZPeanut Z

CC120120--7777 CC120120--6767

Izomerizarea Izomerizarea StoneStone -- WalesWales

SW

A. J. A. J. StoneStone andand D. J. D. J. WalesWales, , ChemChem. . PhysPhys. . LettLett., ., 19861986, , 128128, 501., 501.

Coalescenţa Fullerenei CCoalescenţa Fullerenei C6060

CC120120, C, C120120O şi CO şi C120120OO22

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

0 5 10 15 20

SW Steps

Hf (

kcal

/mol

)

NonSubstMonoepoxyDiepoxy

M. V. Diudea, Fuller. Nanotub. Carbon Nanostruct., 2003, 11, 245-255

Dimeri CDimeri C120120OOnn

TetrameriTetrameri CC6060

CC240240 11--22--33--44 CC240240 12341234

CC240240 1212--33--44 CC240240 11--2323--44

CC240240 123123--44 CC240240 1212--3434

Energetica PolimerilorEnergetica Polimerilor

DD55dd3.6973.6978.5008.500240240CC240240_1234_1234

DD55dd4.7914.7919.6309.630240240CC240240_12_12--3434

CC554.0884.0889.6639.663240240CC240240_123_123--44

DD55dd4.8704.87010.82610.826240240CC240240_1_1--2323--44

CC554.8314.83110.84610.846240240CC240240_12_12--33--44

DD55dd5.8195.81912.06212.062240240CC240240_1_1--22--33--44

DD55dd4.0574.0579.0529.052180180CC180180_123_123

CC554.8304.83010.60210.602180180CC180180_12_12--33

DD55dd5.9175.91712.22412.224180180CC180180_1_1--22--33

SymSymGAPGAP((eVeV))

HHff / / NN(kcal/mol)(kcal/mol)NNStructurStructurăă

Transformare Transformare CicloaductCicloaduct -- PeanutPeanut

1480150015201540156015801600162016401660

0 1 2 3 4 5 6SW Steps

Hf

(kca

l/mol

)

HHHPPPcPPt

Tubulene kTubulene k == 55

A[10,6]))56(56(120 55C−

Z[20,2]))65(56(120 55C−

Z[15,-1]))665(656(120 5105C−

Tubulene k = 6Tubulene k = 6

A[12,4]))56(66(120 66C−

Z[24,1]))65(66(120 66C−

A[12,2]))65(6)56(6(120 393C−

Energetica Energetica TubulenelorTubulenelor

D3d-0.1370.2714.9284.41910.295120(F)

D6d0.9540.3360.4024.5044.5879.9375120(E)

D6d0.8070.0000.3504.7885.0159.8195120(D)

D5d0.110-0.0990.5214.9035.78910.175120(C)

D5h0.7920.3190.3194.6643.70610.271120(B)

D5d0.649-0.0610.3105.1624.79310.156120(A)

λN/2+1λN/2SymD

(nm)Spectral DataStrain

(kcal/mol)Gap(eV)

Hf / N(kcal/mol)N

Y.Y.--H. H. KimKim etet alal., ., PhysPhys. . RevRev. . LettLett., ., 20032003, , 9090, 065501., 065501.

Tori din DWNTTori din DWNT

Tori DWTTori DWT

Izomerizarea Izomerizarea TorilorTorilor

POPPOP--DWTDWT PHPH--DWTDWT

Clase de ToriClase de Tori

w

li

le le

li

w

le

li

w

le

li

w

A[2A[2cc,2,2nn+1]/A[+1]/A[cc,2,2mm+1]+1] A[2c,2n+1]/A[c,2m]

A[2c,2n]/A[c,2m+1] A[2c,2n]/A[c,2m]

Exemple de ToriExemple de Tori

A[20,7]/A[10,8] din lateralA[20,7]/A[10,8] din lateralA[20,7]/A[10,9] din lateral

Energetica Energetica TorilorTorilor

--5.6725.67231.99431.994192192Z[8,24]Z[8,24]

DD55dd4.0924.09211.37611.376280280A[20,9]/A[10,A[20,9]/A[10,1010]]

DD55dd5.5895.58912.67812.678220220A[20,7]/A[10,8]A[20,7]/A[10,8]

DD55dd5.1345.13415.97815.978160160A[20,5]/A[10,6]A[20,5]/A[10,6]

DD55dd6.2746.27432.21332.213100100A[20,3]/A[10,4]A[20,3]/A[10,4]

DD55hh3.7673.7679.8909.890350350A[20,11]/A[10,13]A[20,11]/A[10,13]

DD55hh4.2184.21810.82710.827290290A[20,9]/A[10,11]A[20,9]/A[10,11]

DD55hh5.6855.68512.12212.122230230A[20,7]/A[10,9]A[20,7]/A[10,9]

DD55hh5.0315.03115.15915.159170170A[20,5]/A[10,7]A[20,5]/A[10,7]

SymSymGapGap((eVeV))

HHff//NN(kcal/mol)(kcal/mol)NNTorTor

Variaţia Energiei cu Lungimea TubuluiVariaţia Energiei cu Lungimea Tubului

10

12

14

16

18

20

22

24

2 4 6 8 10 12m

Hf /

N (k

cal/m

ol)

10

12

14

16

18

20

22

2 4 6 8 10n

Hf /

N (k

cal/m

ol)

POPPOP--DWT A[20,5]/A[10,DWT A[20,5]/A[10,mm]]mm = 4,5…11.= 4,5…11.

POPPOP--DWT A[20,DWT A[20,nn]/A[10,7]]/A[10,7]nn = 3,5…9.= 3,5…9.

Variaţia Energiei cu Lungimea TubuluiVariaţia Energiei cu Lungimea Tubului

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10m

SE (k

cal/m

ol)

JunctionTorus

POPPOP--DWT A[20,DWT A[20,nn]/A[10,]/A[10,mm], n = 7, 13,…49; m = 11, 17, …53], n = 7, 13,…49; m = 11, 17, …53

Variaţia Energiei cu Diametrul TubuluiVariaţia Energiei cu Diametrul Tubului

A[16,5]/A[8,7]A[16,5]/A[8,7] A[24,7]/A[12,9]A[24,7]/A[12,9]

Variaţia Energiei cu Diametrul TubuluiVariaţia Energiei cu Diametrul Tubului

66.5

77.5

88.5

99.510

10.511

0 2 4 6 8 10 12 14c

SE (k

cal/m

ol)

15.647238[28,5]/[14,7]

14.635204[24,5]/[12,7]

15.159170[20,5]/[10,7]

18.542136[16,5]/[8,7]

28.146102[12,5]/[6,7]

Hf / Nkcal/molNTor

POPPOP--DWT A[2DWT A[2cc,7]/A[,7]/A[cc,5], c = 4, 6, …30.,5], c = 4, 6, …30.

Tori DWT Perfect ClarTori DWT Perfect Clar

A[20,7]/A[10,8]A[20,7]/A[10,8] SW(A[20,9]/A[10,9])SW(A[20,9]/A[10,9])

Criteriul pentru Tori DWT PCSCriteriul pentru Tori DWT PCS

A[2c,3(n+2)]/A[c,3(m+2)]PH-DWT:

A[2c,3(n+1)+1]/A[c,3(m+1)-1]POP-DWT:

Energetica Energetica TorilorTorilor PCSPCS

PHD5h4.26612.051270SW(A[20,9]/A[10,9])

POPD5h3.72512.441270A[20,9]/A[10,9]

PHD55.03316.855180SW(A[20,6]/A[10,6])

POPD53.87515.652280A[20,10]/A[10,8]

POPD5d5.18114.917280A[20,7]/A[10,14]

POPD5h4.51812.274250A[20,7]/A[10,11]

POPD5d5.58912.678220A[20,7]/A[10,8]

POPD5h5.40917.926190A[20,7]/A[10,5]

POPD56.19020.994190A[20,4]/A[10,11]

POPD55.62418.603160A[20,4]/A[10,8]

POPD55.63523.830130A[20,4]/A[10,5]

TipjoncţiuneSymGAP

(eV)Hf / N

(kcal/mol)NTor

CoalescenCoalescenţa ţa NanotuburilorNanotuburilor

M. M. YoonYoon, , etet alal., ., PhysPhys. . RevRev. . LettLett., ., 20042004, , 9292, 075504, 075504--(1)(1)--(4).(4).

ConcluziiConcluzii

Transformarea dimerilor Transformarea dimerilor cicloaducţicicloaducţi în în tubulene Ctubulene C120120

LLăărgirea diametrului rgirea diametrului tubulenelortubulenelor

Tori Neclasici DWTTori Neclasici DWT

Csaba L. Nagy, Csaba L. Nagy, MirceaMircea V. V. DiudeaDiudea and Th. S. and Th. S. BalabanBalabanREACTION PATHWAYS IN THE COALESCENCEREACTION PATHWAYS IN THE COALESCENCE

OF FULLERENESOF FULLERENESin Ed. Mircea V. in Ed. Mircea V. DiudeaDiudea: : NanostructuresNanostructures –– NovelNovel ArchitectureArchitecture, Nova , Nova

ScienceScience, NY, 2005., NY, 2005.

VVă ă mulţumesc mulţumesc pentru atenţiepentru atenţie