Quantum-Mechanical Modeling of the Interaction between Carbon Nanostructures and Metal Ions
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Pleiades Publishing, Ltd
Abstract
EN: In order to investigate a deposition mechanism, authors have proposed a set of quantum chemical models for formation of fullerene C60 and single-wall carbon nanotubes (SWNTs) C48 metal complexes with Co, Ni, Cu, and Zn. Obtained results proving that adsorption of Co, Ni, Cu, Zn ions on a surface of fullerene C60 and SWNT C48 from the aqueous solution of electrolytes is possible with formation of stable metal-doped carbon nanoparticle complexes. Minimum energy complexes of C60-Co and C60-Cu have corresponded to the structure where ion is located above the center of C6 cell. Meanwhile, C60-Ni complex reach a minimum energy when ion is above the middle of a C-C bond, and for C60-Zn complex the most stable conformation is the one when ion is upon the carbon atom. All the optimized structure for metal complexes with C48 has shown ions been located above the C6 cell’s center.
RU:Авторами предложены квантово-механические модели формирования металлоуглеродных комплексов ионов Co, Ni, Cu, Zn с молекулами фуллерена С60 и одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) С48. Результаты расчётов показали, что в водных растворах электролитов возможна адсорбция ионов Co, Ni, Cu, Zn на поверхности фуллерена С60 и ОУНТ С48 с образованием стабильных комплексов углеродный наноматериал-металл (УНМ-М), причём минимальная энергия комплекса С60-М для ионов кобальта и меди соответствуют положению над центром ячейки С6, для иона никеля - над одинарной связью С-С в ячейке С6, а для иона цинка – над атомом углерода С. Оптимизированные состояния комплексов С48-М соответствуют положению ионов металлов над центром ячейки С6.
UK: Авторами запропоновані квантово-механічні моделі формування металловуглецевих комплексів іонів Co, Ni, Cu, Zn з молекулами фулерену С60 і одностінними вуглецевими нанотрубками (ОВНТ) С48. Результати розрахунків показали, що у водних розчинах електролітів можлива адсорбція іонів Co, Ni, Cu, Zn на поверхні фулерену С60 і ОВНТ С48 з утворенням стабільних комплексів вуглецевий наноматеріал-метал (ВНМ-М), причому мінімальна енергія комплексу С60-М для іонів кобальту і міді відповідають положенню над центром комірки С6, для іона нікелю - над одинарним зв'язком С-С у комірці С6, а для іона цинку - над атомом вуглецю С. Оптимізовані стани комплексів С48-М відповідають положенню іонів металів над центром комірки С6.
RU:Авторами предложены квантово-механические модели формирования металлоуглеродных комплексов ионов Co, Ni, Cu, Zn с молекулами фуллерена С60 и одностенными углеродными нанотрубками (ОУНТ) С48. Результаты расчётов показали, что в водных растворах электролитов возможна адсорбция ионов Co, Ni, Cu, Zn на поверхности фуллерена С60 и ОУНТ С48 с образованием стабильных комплексов углеродный наноматериал-металл (УНМ-М), причём минимальная энергия комплекса С60-М для ионов кобальта и меди соответствуют положению над центром ячейки С6, для иона никеля - над одинарной связью С-С в ячейке С6, а для иона цинка – над атомом углерода С. Оптимизированные состояния комплексов С48-М соответствуют положению ионов металлов над центром ячейки С6.
UK: Авторами запропоновані квантово-механічні моделі формування металловуглецевих комплексів іонів Co, Ni, Cu, Zn з молекулами фулерену С60 і одностінними вуглецевими нанотрубками (ОВНТ) С48. Результати розрахунків показали, що у водних розчинах електролітів можлива адсорбція іонів Co, Ni, Cu, Zn на поверхні фулерену С60 і ОВНТ С48 з утворенням стабільних комплексів вуглецевий наноматеріал-метал (ВНМ-М), причому мінімальна енергія комплексу С60-М для іонів кобальту і міді відповідають положенню над центром комірки С6, для іона нікелю - над одинарним зв'язком С-С у комірці С6, а для іона цинку - над атомом вуглецю С. Оптимізовані стани комплексів С48-М відповідають положенню іонів металів над центром комірки С6.
Description
E. Shtapenko: ORCID 0000-0001-7046-3578; V. Tytarenko: ORCID 0000-0001-6695-9810; V. Zabludovsky: ORCID 0000-0001-9930-2356; E. Voronkov: ORCID 0000-0003-4908-7496, W. Kolodziejczyk: ORCID 0000-0002-7754-8969; K. Kapusta: ORCID 0000-0001-8466-4098;
Keywords
metal-doped carbon nanoparticle complexes, fullerene, single-wall carbon nanotube, quantum-mechanical models, binding energy, металлоуглеродный комплекс, фуллерен, одностенная углеродная нанотрубка, квантово-механические модели, энергия связи, металовугрецевий комплекс, фулерен, одностінна вуглецева нанотрубка, квантово-механічні моделі, енергія зв'язку, КФ, КВМ
Citation
Tytarenko V. V., Shtapenko E. Ph., Voronkov E. О., Zabludovsky V. A., Kolodziejczyk W., Kapusta K. S., Kuznetsov V. N. Quantum-Mechanical Modeling of the Interaction between Carbon Nanostructures and Metal Ions. Journal of surface investigation: X-ray, synchrotron and neutron techniques. 2021. Vol. 15, No 4. Р. 866–871. DOI: 10.1134/S102745102104039X.