A step towards rational design of carbon nanobelts with tunable electronic properties
Source abstract
Abstract
Belt-shaped aromatic compounds are among the most attractive classes of radial π-conjugated nanocarbon molecules with unique physical and chemical properties. In this work, we computationally studied a number of all-carbon and heteroatom-bridged nanobelts, as well as their inclusion complexes with fullerene C60. Our results provide a useful guide for modulating the electronic properties of the nanobelts. An in-depth analysis of the ground and excited state properties of their complexes has allowed us to establish structure-property relationships and propose simple principles for the design of nanobelts with improved electron-donating properties suitable for photovoltaic applications.
Source: europepmc · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Carbon Nanotubes in Composites · Graphene research and applications · Fullerene Chemistry and Applications
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
Institut de Química Computacional i Catàlisi and Departament de Química, Universitat de Girona, C/ Maria Aurèlia Capmany 69, 17003 Girona, Spain
Funding
Ministerio de Ciencia e Innovación · Departament d'Innovació, Universitats i Empresa, Generalitat de Catalunya · Universitat de Girona · Academic Computer Centre Cyfronet, AGH University of Science and Technology
References (79)
Show source-provided references
1. Jasti · J. Am. Chem. Soc. · 2008 · 130 · 1764610.1021/ja807126u ↗
2. Takaba · Angew. Chem., Int. Ed. · 2009 · 48 · 611210.1002/anie.200902617 ↗
3. Yamago · Angew. Chem., Int. Ed. · 2010 · 49 · 75710.1002/anie.200905659 ↗
4. Hirst · J. Org. Chem. · 2012 · 77 · 1047310.1021/jo302186h ↗
5. Lewis · Chem. Soc. Rev. · 2015 · 44 · 222110.1039/C4CS00366G ↗
6. Cheung · Chem. – Eur. J. · 2020 · 26 · 1479110.1002/chem.202002316 ↗
7. Segawa · Acc. Chem. Res. · 2019 · 52 · 276010.1021/acs.accounts.9b00402 ↗
8. Hermann · Angew. Chem., Int. Ed. · 2021 · 60 · 1574310.1002/anie.202007024 ↗
9. Lin · Sci. Adv. · 2022 · 8 · eade469210.1126/sciadv.ade4692 ↗
10. Jones · Nanoscale · 2018 · 10 · 763910.1039/C8NR01216D ↗
11. Aydın · New J. Chem. · 2020 · 44 · 1576910.1039/D0NJ03455J ↗
12. Jones · Chem. Mater. · 2019 · 31 · 650610.1021/acs.chemmater.8b05119 ↗
13. Ahn · J. Comput. Chem. · 2021 · 42 · 50510.1002/jcc.26473 ↗
14. Freixas · J. Phys. Chem. Lett. · 2020 · 11 · 471110.1021/acs.jpclett.0c01351 ↗
15. Lin · J. Am. Chem. Soc. · 2019 · 141 · 95210.1021/jacs.8b10699 ↗
16. Aydın · New J. Chem. · 2020 · 44 · 1576910.1039/D0NJ03455J ↗
17. Povie · Science · 2017 · 356 · 17210.1126/science.aam8158 ↗
18. Povie · J. Am. Chem. Soc. · 2018 · 140 · 1005410.1021/jacs.8b06842 ↗
19. Han · Angew. Chem., Int. Ed. · 2021 · 60 · 265810.1002/anie.202012651 ↗
20. Cheung · Nat. Chem. · 2021 · 13 · 25510.1038/s41557-020-00627-5 ↗
21. Cheung · Chem · 2019 · 5 · 83810.1016/j.chempr.2019.01.004 ↗
22. Chen · Chem. Sci. · 2022 · 13 · 228010.1039/D1SC06553J ↗
23. Li · Acc. Mater. Res. · 2021 · 2 · 68110.1021/accountsmr.1c00105 ↗
24. Guo · Nat. Chem. · 2021 · 13 · 40210.1038/s41557-021-00671-9 ↗
25. Chen · J. Phys. Org. Chem. · 2020 · 33 · e414510.1002/poc.4145 ↗
26. Li · J. Am. Chem. Soc. · 2020 · 142 · 1285010.1021/jacs.0c06007 ↗
27. Kai · Synlett · 2023 · 34 · 143310.1055/a-2009-8219 ↗
28. Kono · J. Am. Chem. Soc. · 2023 · 145 · 893910.1021/jacs.2c13208 ↗
29. Fan · J. Am. Chem. Soc. · 2021 · 143 · 1592410.1021/jacs.1c08468 ↗
30. Xie · Nat. Commun. · 2020 · 11 · 334810.1038/s41467-020-17134-3 ↗
31. Lu · J. Am. Chem. Soc. · 2019 · 141 · 593410.1021/jacs.9b00683 ↗
32. Segawa · Nat. Synth. · 2022 · 1 · 53510.1038/s44160-022-00075-8 ↗
33. Zhu · J. Am. Chem. Soc. · 2021 · 143 · 271610.1021/jacs.1c00409 ↗
34. Zhang · Angew. Chem., Int. Ed. · 2021 · 60 · 1529110.1002/anie.202104259 ↗
35. Chen · CCS Chem. · 2021 · 3 · 61310.31635/ccschem.020.202000189 ↗
36. Tan · Angew. Chem., Int. Ed. · 2020 · 59 · 2364910.1002/anie.202013149 ↗
37. Jones · Nanoscale · 2018 · 10 · 763910.1039/C8NR01216D ↗
38. Kawase · Angew. Chem., Int. Ed. · 2003 · 42 · 162410.1002/anie.200250728 ↗
39. Huang · Angew. Chem., Int. Ed. · 2019 · 58 · 624410.1002/anie.201900084 ↗
40. Xu · Angew. Chem., Int. Ed. · 2018 · 57 · 1154910.1002/anie.201802443 ↗
41. Barnes · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 239210.1021/ja512959g ↗
42. Wang · Chem. Sci. · 2021 · 12 · 1050610.1039/D1SC03410C ↗
43. Xia · Chem. Sci. · 2012 · 3 · 301810.1039/c2sc20719b ↗
44. Becke · J. Chem. Phys. · 1993 · 98 · 564810.1063/1.464913 ↗
45. Lee · Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. · 1988 · 37 · 78510.1103/PhysRevB.37.785 ↗
46. Stephens · J. Phys. Chem. · 1994 · 98 · 1162310.1021/j100096a001 ↗
47. Weigend · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2005 · 7 · 329710.1039/b508541a ↗
48. Weigend · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2006 · 8 · 105710.1039/b515623h ↗
49. Grimme · J. Chem. Phys. · 2010 · 132 · 15410410.1063/1.3382344 ↗
50. Neese · Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. · 2022 · 12 · e1606
51. Hirata · Chem. Phys. Lett. · 1999 · 314 · 29110.1016/S0009-2614(99)01149-5 ↗
52. Yanai · Chem. Phys. Lett. · 2004 · 393 · 5110.1016/j.cplett.2004.06.011 ↗
53. M. J.Frisch , G. W.Trucks , H. B.Schlegel , G. E.Scuseria , M. A.Robb , J. R.Cheeseman , G.Scalmani , V.Barone , G. A.Petersson , H.Nakatsuji , X.Li , M.Caricato , A. V.Marenich , J.Bloino , B. G.Janesko , R.Gomperts , B.Mennucci , H. P.Hratchian , J. V.Ortiz , A. F.Izmaylov , J. L.Sonnenberg , D.Williams-Young , F.Ding , F.Lipparini , F.Egidi , J.Goings , B.Peng , A.Petrone , T.Henderson , D.Ranasinghe , V. G.Zakrzewski , J.Gao , N.Rega , G.Zheng , W.Liang , M.Hada , M.Ehara , K.Toyota , R.Fukuda , J.Hasegawa , M.Ishida , T.Nakajima , Y.Honda , O.Kitao , H.Nakai , T.Vreven , K.Throssell , J. A.Montgomery Jr. , J. E.Peralta , F.Ogliaro , M. J.Bearpark , J. J.Heyd , E. N.Brothers , K. N.Kudin , V. N.Staroverov , T. A.Keith , R.Kobayashi , J.Normand , K.Raghavachari , A. P.Rendell , J. C.Burant , S. S.Iyengar , J.Tomasi , M.Cossi , J. M.Millam , M.Klene , C.Adamo , R.Cammi , J. W.Ochterski , R. L.Martin , K.Morokuma , O.Farkas , J. B.Foresman and D. J.Fox , Gaussian 16 Rev. C.01 , Wallingford, CT , 2016
54. Mulliken · J. Chem. Phys. · 1955 · 23 · 183310.1063/1.1740588 ↗
55. Hirshfeld · Theor. Chim. Acta · 1977 · 44 · 12910.1007/BF00549096 ↗
56. Bultinck · J. Chem. Phys. · 2007 · 126 · 14411110.1063/1.2715563 ↗
57. Marenich · J. Chem. Theory Comput. · 2012 · 8 · 52710.1021/ct200866d ↗
58. Reed · J. Chem. Phys. · 1985 · 83 · 73510.1063/1.449486 ↗
59. Singh · J. Comput. Chem. · 1984 · 5 · 12910.1002/jcc.540050204 ↗
60. Ziegler · Theor. Chim. Acta · 1977 · 46 · 110.1007/BF02401406 ↗
61. Morokuma · Acc. Chem. Res. · 1977 · 10 · 29410.1021/ar50116a004 ↗
62. ADF 2018, SCM, Theoretical Chemistry, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands, https://www.scm.com
63. Iwamoto · Angew. Chem., Int. Ed. · 2011 · 50 · 834210.1002/anie.201102302 ↗
64. González-Veloso · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2019 · 21 · 1666510.1039/C9CP02625H ↗
65. George · Nanoscale · 2023 · 15 · 122110.1039/D2NR04037A ↗
66. Stasyuk · J. Nanostruct. Chem. · 202210.1007/s40097-022-00518-w ↗
67. Stasyuk · Chem. – Eur. J. · 2021 · 27 · 873710.1002/chem.202005516 ↗
68. Stasyuk · ChemPhysChem · 2022 · 23 · e20220022610.1002/cphc.202200226 ↗
69. Besalú-Sala · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2021 · 23 · 537610.1039/D0CP06510B ↗
70. Klamt · J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 · 1993 · 79910.1039/P29930000799 ↗
71. Klamt · J. Phys. Chem. · 1996 · 100 · 334910.1021/jp950607f ↗
72. Stasyuk · J. Phys. Chem. B · 2020 · 124 · 909510.1021/acs.jpcb.0c05204 ↗
73. Stasyuk · Chem. Commun. · 2019 · 55 · 1119510.1039/C9CC05787K ↗
74. Stasyuk · Chem. Commun. · 2020 · 56 · 1262410.1039/D0CC04261G ↗
75. Ulstrup · J. Chem. Phys. · 1975 · 63 · 435810.1063/1.431152 ↗
76. Jortner · J. Chem. Phys. · 1976 · 64 · 486010.1063/1.432142 ↗
77. Liu · J. Phys. Chem. C · 2011 · 115 · 240610.1021/jp109130y ↗
78. Stasyuk · Chem. – Eur. J. · 2021 · 27 · 873710.1002/chem.202005516 ↗
79. Stasyuk · Nanoscale Adv. · 2022 · 4 · 218010.1039/D2NA00150K ↗