FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG...

41
FA CO ACULTY OM A NA BABE OF CHE PUT ARM ANO MIKLÓ Ş‐BOL EMISTRY TATI MCHA TUB PhD TH ÓS (că CLU LYAI U Y AND C ONA AIR C BEJU HESIS ABS ăs. NA UJNAPO 2011 UNIVE CHEMIC AL S CAR UNC STRACT AGY) K Prof. Dr OCA RSITY AL ENG STUD RBON CTIO Katalin Scien r. Mirce Y INEERIN DY O N ONS n ntific adv ea V. DIU NG OF visor: UDEA

Transcript of FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG...

Page 1: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

FA

 

 

 

 

 

 

CO

 

 

 

 

 

ACULTY 

OM

A

NA

BABEOF CHE

PUT

ARM

ANO

MIKLÓ

Ş‐BOLEMISTRY

TATI

MCHA

TUB

PhD TH

ÓS (că

CLU

LYAI UY AND C

ONA

AIR C

BE JU 

 

HESIS ABS

ăs. NA

 

UJ‐NAPO

2011

UNIVECHEMIC

AL S

CAR

UNC

STRACT

AGY) K

Prof. Dr

OCA 

RSITYAL ENG

STUD

RBON

CTIO

Katalin

Scien

r. Mirce

Y INEERIN

DY O

ONS 

ntific adv

ea V. DIU

 

NG 

OF 

visor: 

UDEA 

Page 2: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

Preside

 

Reviewe

nt 

ers 

Conf. 

 

Prof. D

Assoc 

Assoc

 

BABEŞ‐BO

Faculty o

Organic C

Arany J. s

ROMANI

Dr. Cornelia

Dr. Titus BE

. Prof. Dr. Is

. Prof. Dr. M

Pu

OLYAI Unive

of Chemistry

Chemistry D

street, no. 1

Scie

Prof. Dr. 

Thes

a MAJDIK

stván László

Mihai MEDE

ublic def

ersity 

and Chemic

epartment

1, Cluj‐Napo

entific adv

MIRCEA V

 

 

sis commi

 

ó 

ELEANU 

 

 

ense: Jul

 

cal Engineeri

oca, 400084

visor: 

V. DIUDEA

ittee: 

BABEŞ‐BOL

 

BABEŞ‐BOL

Budapest UEconomics

POLITEHNI

ly 15, 20

ing 

LYAI Univer

LYAI Univer

University o, Budapest,

CA Univers

11 

sity, Cluj‐Na

sity, Cluj‐Na

of Technolog, Hungary 

ity Timisoar

apoca

apoca 

gy and 

ra 

Page 3: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

3  

Tableofcontents

Chapter1.Introduction.........................................................................................................3 

1.1.TheEulerrelationship.........................................................................................................................6 

1.2.Singlewallcarbonnanotubes...........................................................................................................8 

1.2.1. Chiral Vector Ch ...................................................................................................... 10 

1.2.2. Translational Vector T ............................................................................................ 12 

1.3.Computationaldetails.......................................................................................................................14 

1.4.Mapoperations....................................................................................................................................15 

1.4.1. The Leapfrog Le transformation ............................................................................. 15 

1.4.2. The Quadrupling Q transformation ........................................................................ 16 

1.4.3. The Septupling S transformation ........................................................................... 17 

Chapter2.Multiterminalarmchairnanotubejunctions.......................................19 

2.1.Tetrahedralgraphiticjunctions....................................................................................................20 

2.1.1. Tetrahedral fullerenes ............................................................................................ 20 

2.1.2. Classes of tetrahedral fullerenes ............................................................................ 26 

2.1.3. Construction of tetrahedral junctions .................................................................... 29 

2.1.4. Structure of tetrahedral junctions ......................................................................... 32 

2.1.5. Stability of tetrahedral junctions ........................................................................... 36 

2.2.Octahedralgraphiticjunctions......................................................................................................39 

2.2.1. Construction of octahedral junctions..................................................................... 39 

2.2.2. Structure of octahedral junctions .......................................................................... 41 

2.2.3. Stability of octahedral junctions ............................................................................ 44 

2.3.Tetrahedraljunctionswithattachednanotubes...................................................................46 

2.4.MultiterminaljunctionsfromC60fullerene.............................................................................49 

2.5.Conclusions............................................................................................................................................51 

Page 4: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

4  

Chapter3.ArmchaircarbonnanotubeYjunctions................................................52 

3.1.StructuralmodelsofYjunctions..................................................................................................53 

3.2.GrowthmethodsofYjunctions....................................................................................................58 

3.2.1. Electric arc .............................................................................................................. 58 

3.2.2. Catalytic growth ..................................................................................................... 58 

3.2.3. Growth using templates ......................................................................................... 62 

3.2.4. Growth by fullerene decomposition ...................................................................... 63 

3.2.5. Nano‐welding of crossing tubes ............................................................................. 64 

3.3.ComputationalstudyofarmchairYj(n,n)junctions............................................................66 

3.3.1. Opened symmetrical armchair Yj(n,n) junctions ................................................... 67 

3.3.2. Symmetric capped Yj(n,n) armchair junctions ....................................................... 75 

3.3.3. Closed asymmetric Yj(n,n) armchair junctions ...................................................... 81 

3.4.Conclusions............................................................................................................................................83 

Chapter4.Characterizationofnanoporouscarbonnetworks..........................84 

4.1.TheOmegapolynomial.....................................................................................................................85 

4.2.Topologicaldescriptionofnanodendrimers.........................................................................89 

4.3.TopologicaldescriptionofnetworksbuiltfromP‐typejunctions.................................93 

4.4.Conclusions............................................................................................................................................98 

References................................................................................................................................99 

 

 

 

  KEYWORDS: carbon nanotube junctions, fullerenes, molecular modeling, DFT, PM6, 

counting polynomial, IPMS 

   

Page 5: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

5  

Chapter1.Introduction

1.3.Computationaldetails

  Starting  geometries  of  fullerenes were  obtained  using  the  CaGe  [47,  48]  software 

package, while  the  geometries  of  the  junctions were  built manually  or  by  the  aid  of  the 

Nanos  Studio  [49]  software  package  (used  for  attaching  nanotubes).  Full  geometry 

optimizations with and without symmetry constraints were performed using  the PM3  [50] 

and PM6 [51] semiempirical methods.  

  Fullerenes, tetrahedral and octahedral  junctions were re‐optimized at the DFT  level 

of  theory using  the popular B3LYP  [52] exchange‐correlation density  functional  (Becke 88 

exchange functional [53] and the correlation functional of Lee, Yang and Parr [54]). Although 

the structures were also optimized with smaller basis sets (3‐21G* and 4‐31G) in the present 

work only the single point calculation results obtained with the 6‐31G(d,p) [55, 56] basis set 

are presented. 

  Y‐junctions only at  the  semiempirical  level were  studied because of  the  size of  the 

molecule. 

  Geometry  optimizations  performed  with  and  without  symmetry  constraints  and 

resulted  in  identical  structures.  Vibrational  frequencies  were  calculated  at  the  same 

theoretical  level  at which  the  optimization was  done,  to  ensure  that  a  true minima was 

found. 

  All calculations were performed using Gaussian 09 package [57].  

  Omega  polynomials  were  computed  using  the  Nano  Studio  package  [49].  Map 

transformations of selected structures was performed using the CVNet program [58]. 

 

   

Page 6: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2

2.1.2.

  T

appears

Each of

other  (p

distance

one hex

 

howeve

Some o

just one

 

f

 

  A

While  s

accordin

2.1.Tetr

Classeso

Tetrahedra

s in the tetr

f  these  frag

pentagon  t

e, while in p

xagon. 

It  is  obviou

er the small

of the  fuller

e class, as is

Figure  12  Sfragment is o

All tetrahed

some  of  th

ng to the st

rahedra

oftetrahe

l  fullerenes

rahedral ori

gments  con

riple),  in pa

pattern C th

us  that  ful

ler member

enes have 

s the case of

 

tructural  paoriented alo

ral fulleren

e  fullerene

tructural rel

algraph

edralfull

s  can  be  cl

ientation (a

tain  three 

attern B  th

hey are con

lerenes  of 

rs of the ot

pentagonal

f fullerenes

atterns  that ng the C3 sym

es with the

es  show mo

lationship to

hiticjunc

lerenes

lassified  ac

along the C3

pentagons:

ey  share  th

nnected to t

type  A  do

ther fullere

l arrangeme

 C44 (T), C52

B

appear  in mmetry axis.

 number of

ore  than  o

o the tetrah

ctions

ccording  to 

3 symmetry 

:  in pattern

he  central h

the central 

o  not  obey

ne classes a

ents such t

(T) and C76

 

tetrahedral . 

f atoms sma

ne  structur

hedral junct

the  struct

axis) as de

n A  they ar

hexagon an

atom and t

y  the  isolat

also have a

hat they be

 (Td). 

fullerenes. 

aller than 12

ral  pattern,

tion (see be

ural  fragme

picted in Fi

e adjacent 

nd are at on

they share 

ted  pentag

djacent pen

elong to mo

The  center 

20 were ge

,  they were

elow). 

ent  that 

gure 12. 

to each 

ne bond 

pairwise 

on  rule, 

ntagons. 

ore than 

 

of  each 

nerated. 

e  sorted 

Page 7: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2.1.4.

a

 

Structur

Tj84 (T) 

Tj112 (T) 

T

Figure 20 Teaxis from the

reoftetra

Tj52 (T) 

 

 

Tj1484‐ (T) 

etrahedral jue top. 

ahedralj

 

 

nctions Tj(3,

unctions

Tj100 (Td)

Tj124 (T)

3) with open

 

 

ning chirality

Tj64 (Td)

Tj76 (T)

y (3,3) viewe

 

Tj108 (Td) 

Tj144 (Td) 

 

 

d along the t

 

 

threefold 

Page 8: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

8  

  As it was previously presented, all possible fullerenes with tetrahedral symmetry and 

a  number  of  atoms  smaller  than  120  were  generated  and  classified  according  to  the 

structural  pattern  they  present.  From  the  fullerenes  belonging  to  class  B  tetrahedral 

junctions with armchair openings were built by homeomorph  transformation of  the  three 

edges which  are  shared  between  the  core  hexagon  and  the  pentagons  in  the  structural 

fragment. 

  Attempts to build tetrahedral junctions from the other tetrahedral fullerenes (class A 

and C) resulted  in the same structures that were obtained  from the class B  fullerenes. The 

correspondence which was  found between  the  junctions  and  fullerenes  is  summarized  in 

Table 3. It is obvious that the structures from a row of Table 3 can be transformed between 

each other by modifying (inclusion/extrusion of carbon atoms) the topology of the structural 

fragment. 

  Notice  that  in  the  last  column  no  structure  is  given  in  the  first  two  rows.  This  is 

because  although  there  is  a  corresponding  structure,  it  is  not  a  classical  fullerene  (the 

number  of  atoms  is  smaller  than  20).  It  must  be  mentioned  that  two  structures  have 

icosahedral  symmetry  (C60  and  C80),  however  they  fit  into  the  series  not  just  by  their 

structure but also energetically (see below). 

Page 9: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

9  

 

Table 3 The correspondence between the tetrahedral junctions Tj(3,3) and the tetrahedral fullerenes from each class. 

# Tetrahedral junctions* 

Tjn‐TU[3,3] / f7 = 12 

Tetrahedral fullerenes 

Cn‐8 / pattern A  Cn‐24 / pattern B  Cn‐32 / pattern C 

1  Tj524‐ (T) / (D2)  C44 (T)  C28

4‐ (Td)  – 

2  Tj644‐ (Td) / (D2d)  C56 (Td)  C40

4‐ (Td)  – 

3  Tj764‐ (T) / (D2)  C68 (T)  C52

4‐ (T)  C44 (T) 

4  Tj84 (T)  C764‐ (T)  C60 (Ih)  C52

4‐ (T) 

5  Tj1004‐ (Td) / (D2d)  C92 (Td)  C76

4‐ (Td)  C684‐ (Td) 

6  Tj108 (Td)  C1004‐ (Td)  C84 (Td)  C76

4‐ (Td) 

7  Tj1124‐ (T) / (D2)  C104 (T)  C88

4‐ (T)  C806‐ (Ih) 

8  Tj1244‐ (T) / (D2)  C116 (T)  C100

4‐ (T)  C92 (T) 

9  Tj144 (Td)  C1364‐ (Td)  C120 (Td)  C112

4‐ (Td) 

10  Tj1484‐ (T) / (D2)  C140 (T)  C124

4‐ (T)  C116 (T) 

*Symmetry of  the negatively  charged  tetrahedral  junction  is given  first, and  second  the  symmetry of  the neutral molecule  (singlet  state  is 

considered). 

 

Page 10: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2.1.5.

  A

The  jun

were  a

Optimiz

and D2 f

 

f3

Stability

All structur

nctions wer

dded  as  re

zation of th

for the stru

Figure 21 Plfunction of t31G(d,p) sin

yoftetrah

es were op

re  optimize

equired  to 

ese structu

ctures havi

ot of the totthe total enegle point ene

hedralju

timized at t

d  in  hydro

be  able  t

ures  in a ne

ng Td and T

tal energy (aergy (a.u.) of ergy calculat

unctions

the B3LYP/6

genated  fo

to  optimize

eutral  form 

T topologica

a.u.) the fullthe tetrahedtions. 

6‐31G(d,p) 

orm.  In  case

e  with  the

lead to a  lo

l symmetry

erenes with dral junction

level of the

e  of  some 

e  highest  p

ower symm

y, respective

structural pns Tj(3,3) obt

eory in singl

structures 

possible  sym

metry struct

ely. 

 

pattern A, B tained from 

10 

et state. 

charges 

mmetry. 

ture: D2d 

and C as B3LYP/6‐

Page 11: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

11  

  In Figure 21 the total energy  (Etot  in a.u.) of  fullerenes  from each class  is plotted as 

function of the total energy (Etot in a.u.) of the corresponding tetrahedral junction. Statistical 

data  confirms  that  there  is  a  perfect  linear  correlation  between  the  total  energies.  This 

concludes that a relationship exists between the junction and the parent fullerene. 

 

Table 4  Single point energy  results  (total  energy  Etot  and  gap energy Egap) obtained  at  the B3LYP/6‐31G(d,p) level of theory for the neutral and negatively charged tetrahedral junctions. For a better estimation the total energy difference ΔEtot is given in kcal/mol. 

Etot (au)  ΔEtot 

(kcal/mol) 

Egap (eV)  ΔEgap 

(eV) neutral  charged (4‐)  neutral  charged (4‐) 

Tj52 (T) / (D2)  ‐1995.456  ‐1994.957  ‐313.249  1.433  2.167  ‐0.734 

Tj64 (Td) / (D2d)  ‐2452.628  ‐2452.215  ‐259.077  1.291  2.199  ‐0.908 

Tj76 (T) / (D2)  ‐2910.149  ‐2909.807  ‐214.850  1.260  2.330  ‐1.070 

Tj100 (Td) / (D2d)  ‐3824.692  ‐3824.371  ‐201.644  0.976  1.104  ‐0.128 

Tj112 (T) / (D2)  ‐4282.120  ‐4281.851  ‐168.892  0.905  1.091  ‐0.187 

 

  The stability of the neutral tetrahedral junctions with lowered symmetry (D2d and D2) 

and the negatively charged ones were evaluated at the B3LYP/6‐31G(d,p) level of theory and 

are compared in Table 4. The energy difference ΔEtot (presented in kcal/mol) shows that the 

neutral  structures  have  a  lower  energy,  the  energy  gain  however  decreases  with  the 

increase of the structure’s size. Therefore from a thermodynamic point of view the neutral 

junctions  show  a better  stability. The gap energy  as  a measure of  kinetic  stability  gives a 

reversed order of the structures, as the last column shows in Table 4 the charged tetrahedral 

junctions have a  larger gap. This stability difference  is more pronounced  in the case of the 

first three junctions, where ΔEgap is almost one eV. 

  The plot in Figure 22 presents the total energy per number of carbon atoms (Etot/N in 

au) and the gap energy (Egap in au) of the tetrahedral junctions as function of the number of 

carbon atoms. It can be seen that the energy increases with the size of the system, although 

after a given size (Tj100) the decrease in stability is slightly smaller. 

Page 12: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

  T

than th

gap. Ho

no cert

tetrahe

junction

 

a3

 

 

The neutra

e charged s

owever the f

ain  rule of 

dral junctio

n resulted fr

Figure 22 Ploa.u. and gap31G(d,p) sin

l junctions s

structures, 

first three c

stability,  ju

ons Tj524‐ (T)

rom the C60

ot of the tetrp energy  in agle point ene

show a bett

especially t

charged jun

udging  from

 and Tj64 (Td

0 fullerene s

rahedral junca.u. as functergy calculat

ter kinetic s

the  large ch

nctions also 

m  the  result

Td) are good

shows the b

ctions Tj(3,3ion of numbtions. 

stability, ha

harged struc

have a rela

ts  it can be

 candidates

best kinetic 

) total energber of carbon

ving a muc

ctures have

atively high 

e concluded

s for synthe

stability. 

gy per numben atoms obt

h larger ene

e a very  low

gap. While

d  that  the  f

esis. Notice 

er of carbon tained from 

12 

ergy gap 

w energy 

e there is 

first  two 

that the 

 

atoms in B3LYP/6‐

Page 13: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2

2.2.2.

2.2.Octa

Structur

C152 (O) 

C216 (Oh)

Figure 24 Th

ahedral

reofocta

C104 (O) 

 

 

C288 (Oh) 

e octahedra

lgraphi

ahedralju

 

 

l junctions w

iticjunct

unctions

C168 (Oh)

C224 (O)

with (4,4) ope

tions

 

 

ening chiralit

C128 (Oh

C296 (O)

ty viewed alo

 

C200 (Oh) 

C248 (O) 

 

ong the four

13 

 

 

rfold axis. 

Page 14: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2.2.3.

  T

the octa

in  the 

junction

differen

the  cas

kinetic s

 

a3

 

 

Stability

The plot  in 

ahedral jun

variation  o

ns, the ener

nt stability o

e  of  tetrah

stability. 

Figure 25 Ploa.u. and gap31G(d,p) sin

yofoctah

 Figure 25 

ctions as a 

of  the  tota

rgy rises wi

ordering. Th

hedral  junc

ot of the octp energy  in agle point ene

hedraljun

presents th

function of

al  energy  a

ith the size 

he neutral j

tions,  the 

ahedral junca.u. as functergy calculat

nctions

he variation

f the numbe

as  previous

of the syst

unctions ha

smallest m

ctions Oj(4,4)ion of numbtions. 

n of the tot

er of carbon

ly  observe

tem. The ga

ave the high

members  of 

) total energber of carbon

tal energy p

n atoms. A 

d  in  the  c

ap energy h

hest gap en

these  stru

gy per numben atoms obt

per carbon 

similar tren

case  of  tet

however pr

ergy. In con

uctures  hav

er of carbon tained from 

14 

atom of 

nd exists 

rahedral 

esents a 

ntrast to 

ve  a  low 

 

atoms in B3LYP/6‐

Page 15: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

t

 

  T

the  tota

relation

betwee

2, while

twice  th

number

   

 

Figure 26 Plthe total eneB3LYP/6‐31G

The plot of

al energy  (a

nship  betwe

n their ene

e the  interc

he energy o

r of structur

ot of the totergy of the cG(d,p) single 

f the total e

a.u.) of  tet

een  the  tw

rgies (r valu

cept  is almo

of  the  tetra

ral fragmen

 

tal energy ocorrespondinpoint energ

energy  (a.u

rahedral  ju

o  set of  st

ue equals 1

ost zero, me

ahedral one

nts is also tw

f octahedralng tetrahedray calculation

.) of  the oc

nctions Tj(3

ructures  (F

), and it mu

eaning that

es. This  is  in

wice in case 

l  junctions Oal junctions Tns. 

ctahedral  ju

3,3)  reflects

igure  26).  T

ust be noted

t the energy

n good agre

of the octa

Oj(4,4)  (Etot  inTj(3,3) (Etot in

unctions Oj(

s  that  there

There  is  a 

d that the s

y of the oct

eement wit

ahedral junc

 

n a.u.) as fun a.u.) obtain

(4,4) as  fun

e  is a  stron

perfect  cor

slope equal

tahedral  jun

th  the  fact 

ctions. 

15 

nction of ned from 

nction of 

ng  linear 

rrelation 

s almost 

nction  is 

that  the 

Page 16: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2

  T

[71],  fo

calculat

length. 

  T

(Egap in a

Tj100  an

structur

  T

while th

the stab

that in t

  T

also the

 

eo

2.3.Tetr

To study th

our  series 

ting the tota

The plot of 

a.u.) is pres

nd  Tj108,  re

res were co

The results 

he total ene

bility decrea

the case of 

The neutra

ere is only a

Figure  27  Plenergy (Egap of the numb

rahedra

he effect of

of  tetrahe

al energy a

the total e

sented in Fig

espectively. 

ompared. 

show that 

ergy per nu

ase is confi

Tj52 junctio

l junctions 

 slight decr

lot  of  the  toin a.u.) of th

ber of atoms,

aljuncti

f the attach

edral  juncti

nd HOMO‐

nergy per n

gure 27 for 

In  case  o

in all cases

umber of at

rmed both 

n set the to

have a muc

ease along 

otal  energy he series of n, obtained fr

onswith

hed nanotub

ions  (3,3) 

LUMO gap 

number of a

the set of s

f  two  serie

s the gap en

toms  increa

kinetically 

otal energy f

ch larger ga

the series.

per  numberneutral and com PM6 sing

hattach

be  length o

with  open

energy for 

atoms (Etot/

structures w

es  (Tj52  an

nergy decre

ases with th

and thermo

first slightly

ap energy co

r  of  atoms  (charged tetrgle point ene

hednano

on the stab

  ends  wer

structures 

/N in kcal/m

with the cor

d  Tj100)  ne

eases in an 

he size of t

odynamical

y decreases 

ompared to

(Etot/N  in  kcahedral juncergy calculat

otubes

ility of the 

re  investig

with differe

mol) and gap

re junction T

eutral  and 

oscillating 

the nanotub

lly. Notice h

within the 

o the charge

 

cal/mol)  andctions Tj52 asions. 

16 

junction 

ated  by 

ent tube 

p energy 

Tj52, Tj84, 

charged 

manner, 

be. Thus 

however 

series. 

ed ones, 

  the  gap s function 

Page 17: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

2

  S

where t

  T

length  i

small. T

termina

 

oscillati

are the 

  

j

 

2.4.Mul

Starting  fro

the length o

The  total  e

in all  four  s

The  stability

als), thus the

Figure  33 

ng manner

four‐termin

Figure 32 Pljunctions winanotube le

ltitermin

om  the  C60 

of the attach

energy  per 

series, how

y  increases 

e tetrahedr

presents  th

r decreases 

nal junction

ot of the totith one  to  fongth, obtain

naljunc

fullerene  s

hed armcha

atom  (pre

wever after 

with  the n

ral junctions

he  gap  ene

with the st

ns with the h

tal energy pour arms bued from PM

ctionsfr

set  of  junct

air nanotub

sented  in 

a certain  tu

number of 

s are the mo

ergy  as  fun

tructure siz

highest HOM

per number ouilt  from  the3 single poin

romC60f

tions with 

e was varie

Figure  32) 

ube  length 

the attache

ost stable o

nction  of  t

ze, once aga

MO‐LUMO 

of atoms  (Ete C60‐Ih  fullernt energy cal

fulleren

one  to  fou

ed [71]. 

increases w

the energy

ed nanotub

one. 

he  tube  le

ain the mos

gap values.

ot/N  in kcal/rene as  funcculations. 

e

ur  arms we

with  the  n

y  incremen

bes  (the nu

ength,  whic

st stable st

 

/mol) of the ction of  the 

17 

ere  built, 

anotube 

t  is very 

mber of 

ch  in  an 

ructures 

series of attached 

Page 18: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

 

2

  T

the  cor

series  o

junction

correlat

the  ene

junction

  T

stability

opening

junction

 

Figure 33 Plobuilt  from  thPM3 single p

2.5.Con

Tetrahedra

rrespondenc

of  octahedr

ns. All mole

tion was fou

ergy  per  at

ns. 

The  increas

y of the stru

gs  has  a  st

ns. The stab

ot of the gaphe C60‐Ih  fullpoint energy 

nclusions

l fullerenes

ce  with  the

ral  junction

ecules were

und to exist

tom  increas

se  in  the  le

ucture conf

trong  effec

bility increas

 

p energy (Eglerene as  fu calculations

s

s were gene

e  derived  t

ns were  bui

e  optimized

t between t

ses with  th

ength  of  th

firmed both

ct  on  the  s

ses with the

ap in eV) of tnction of  ths. 

erated and 

tetrahedral

ilt  using  str

d  at  the B3

he total en

he  junction 

he  attached

h kinetically

stability  as 

e number o

the series ofhe attached 

classified b

  junctions. 

ructural  fra

3LYP/6‐31G

ergies of th

size.  Kinet

d  armchair 

y and therm

compared 

f terminals.

f junctions wnanotube  le

by the struc

A  structur

agments  fro

(d,p)  level 

he molecule

tic  stability 

(3,3)  nanot

modynamica

within  set

 

with one to fength, obtain

ctural fragm

rally  corres

om  the  tet

of  theory. 

s. It was fou

favors  the

tube decrea

ally. The nu

ts  of  multit

18 

our arms ned  from 

ment and 

sponding 

rahedral 

A  linear 

und that 

  neutral 

ases  the 

umber of 

terminal 

Page 19: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

3

  T

several 

with hy

For  the 

junction

Each stu

tubes a

 

studied

atoms. A

 

3.3.1.

Y

aa

 

3.3.Com

To study  th

series of st

ydrogenated

closed stru

ns was stud

udied junct

re joined, th

In  the  case

, which are

All heptago

Opened

Yj(6,6)a ‐ TU(

Figure 46 That each opealong  the  th(right), respe

mputatio

he effect of

ructures we

d openings,

uctures  two

ied, where 

ion include

hey are dist

e  of  Yj(6,6)

 different b

ons are isola

symmetr

(6,6,3) 

hree symmetning an armhreefold  axeectively. 

onalstu

f attached c

ere built wh

, and close

o different 

the chiralit

es six heptag

tributed in a

)  nanotube

by the posit

ated, surrou

ricalarm

 

Yj

tric Y‐type jumchair nanotue  C3  (left),  tw

dyofar

carbon nan

here the len

d  (by nano

nanotube c

ty of the op

gons, need

a symmetric

  junctions 

ion of hept

unded only 

mchairYj(

j(6,6)b ‐ TU(6

unctions withube of  lengtwofold  axe  C

rmchair

notube on  t

ngth of the 

otube  caps) 

caps was us

ening is (4,4

ed for the n

c way, each

three  diffe

agons, and 

by hexagon

(n,n)jun

6,6,3)

h D3h symmeth 3  is conneC2  top  (cent

Yj(n,n) j

the stability

nanotube v

Y  junction

sed. Only a

4), (6,6) and

negative cu

h structure h

erent  juncti

also by the

ns. 

ctions

Yj(6

etry with (6,6ected. The stter),  and  tw

junction

y of  the Y  j

varies. Both

s were con

armchair sy

d (8,8), resp

urvature wh

has D3h sym

ion  topolog

e number o

,6)c ‐ TU(6,6

6) armchair otructures arofold  axe  C2

19 

ns

unction, 

 opened, 

nsidered. 

mmetric 

pectively. 

here two 

mmetry. 

gies  was 

f carbon 

6,3)

openings, e viewed 

2  bottom 

Page 20: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

oa

 

 

being  (6

heptago

figures 

to  the 

preserv

shape. 

  T

armcha

shape, t

  T

the PM

the tota

  T

respect

total  en

correlat

parame

energy 

two cas

Yj(4,4

Figure 47 Sy(bottom), wof length 2 waxe C3 (left), 

In Figure 46

6,6) and an

ons  positio

the optimiz

junction  ge

ves its origin

The Y  junct

ir chirality. 

the other tw

The geome

6 semiemp

al energy div

The results

ively. It can

nergy  and 

tion  betwe

eters sort or

per atom  i

ses the tube

4)a ‐ TU(4,4,2

ymmetric Y‐tith chirality with matchintwofold axe

6 the symm

n  armchair 

ns  are  diff

zed geomet

eometry  th

nal circular s

tions relate

Only in the

wo junction

etry optimiz

irical level o

vided by th

 obtained f

n be observ

the  gap  e

en  the  kin

rder match

n the case 

e length incr

 

2) 

ype armchai(4,4) and (8,ng chirality ise C2 top (cent

etric armch

nanotube o

ferent  whic

tries are pre

he  shape  o

shape, whil

d to Yj(6,6)

e case of Yj

s deforms i

zation and 

of theory. A

e number o

for the serie

ed that wit

nergy  oscil

netic  and  t

es.  In every

of Yj(4,4)a 

reases the s

ir junctions w,8), respectivs attached, tter), and two

hair Y juncti

of  length 3

ch  gives  the

esented (hy

of  the  attac

e in the oth

)a are show

(6,6)a the a

t into an el

single point

As stability 

of carbon at

es of Y  junc

th the incre

late  with  a

thermodyna

y case the g

increases w

stability of t

Y

with D3h symvely. To eachhe structureofold axeC2 b

ons are sho

3  is  attache

e  junction 

ydrogen ato

ched  nanot

her two case

wn  in Figure

attached na

liptical geom

t energy ca

criterion tw

toms, and t

ctions Yj(4,4

ment of the

a  periodicit

amic  param

gap energy 

with the  len

the structur

Yj(8,8)a ‐ TU(

mmetry Yj(4,4h junction anes are viewedbottom (right

own, with th

d. As  it  can

a  different

oms are not

tube  chang

es the nano

e 47, they h

anotube pre

metry. 

alculations w

wo paramet

he HOMO L

4)a,  is pres

e attached 

ty  of  three

meter,  alon

decreases,

ngth of the

re. 

8,8,2) 

4)a (top) andn armchair nd along the tt). 

he opening 

n be observ

t  geometry

t shown), ac

ges,  in  one

otube has a

have (4,4) a

eserves the

were perfo

ters were fo

LUMO energ

ented  in Fig

nanotube b

e.  There  is 

ng  the  seri

, however t

e tube.  In th

20 

 

d Yj(8,8)a nanotube threefold 

chirality 

ved,  the 

y.  In  the 

ccording 

e  case  it 

n elliptic 

and (8,8) 

e circular 

ormed at 

ollowed: 

gy gap. 

gure 48, 

both the 

a  good 

es  both 

the total 

he other 

Page 21: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

 

os

Figure 48 PlHOMO‐LUMPM6 semiem

Figure 51 Ploof the attachseries of ope

ot of  the  toO gap energmpirical meth

ot of the tothed nanotubened Y‐type j

otal energy  (gy (Egap in auhod for the s

al energy (kcbe length, objunction Yj(4

kcal/mol) peu) as functionseries of ope

cal/mol) per btained with 4,4)a, Yj(6,6)a

er number on of the numned Y‐type j

number of cthe PM6 sema and Yj(8,8)

of carbon atmber of atomunction Yj(4,

carbon atommiempirical ma, respective

toms  (Etot/N)ms, obtained ,4)a. 

 

ms (Etot/N) asmethod for tely. 

21 

 

) and  the with the 

 function the three 

Page 22: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

 

 

highest 

series. 

junction

the mos

  T

series a

cannot 

stable s

  T

case of 

the valu

oj

 

  T

energy)

identic 

In Figure 5

values corr

It  can be  c

n,  therefore

st stable on

This sort or

s it can be 

be related 

tructures co

The periodi

opened or 

ues of the to

Figure 52 Ploobtained  at junctions: Yj

The  three o

  and  Figur

along  the 

1  the  total 

respond to 

oncluded  t

e  the  juncti

e. 

rder howev

seen in Figu

to the nan

orrespond t

ic oscillatio

closed arm

otal energy 

ot of the HOthe PM6  se(4,4)a, Yj(6,6

opened arm

re  54  (tota

three  serie

energy pe

the Yj(4,4)a

hat  the nan

ion with  th

ver  is not p

ure 52. Not

notube  leng

to a differen

n in the ga

mchair nano

per atoms 

MO‐LUMO eemiempirica6)a and Yj(8,8

mchair Yj(6,

l  energy), 

es,  and  the

r atom bet

a series, wh

notube dia

he attached

preserved w

ice howeve

gth.  It can b

nt nanotube

p energy w

tubes [31, 3

was observ

energy gap (El  level of  th8)a, respecti

,6)  junction

respectivel

  Yj(6,6)a  h

tween  the  t

hile the low

meter cont

 nanotube 

when compa

er that the a

be observed

e length. 

with the nan

35‐37, 97‐1

ved. 

Egap in au) as eory,  for  thvely. 

s stability  i

y.  The  gap

as  the  high

three  series

west on to th

tributes  to 

with  larges

aring gap v

along one se

d that  in ea

notube leng

103]. Howev

function of e  three  seri

is compared

p  energy  os

hest  gap  va

s  is compar

he Yj(8,8)a 

the  stabilit

st diameter

values betw

eries the so

ach series t

gth was obs

ver no oscil

 

the nanotubes of opene

d  in Figure 

scillation  is

alues.  This 

22 

red. The 

junction 

y of  the 

r  (8,8)  is 

ween  the 

ort order 

he most 

erved in 

lation in 

be length, ed  Y‐type 

53  (gap 

s  almost 

stability 

Page 23: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

ordering

close at

decreas

possible

the stru

short na

  

oj

 

g is contrad

t a given na

ses with  th

e that with 

ucture. The 

anotube is d

Figure 53 Ploobtained  at junctions: Yj

dicted by th

anotube  le

e  tube  len

a longer at

increase in

distorted, a

ot of the HOthe PM6  se(6,6)a, Yj(6,6

he next plot

ngth. Notic

gth,  at  lea

ttached nan

n energy can

nd strain is 

MO‐LUMO eemiempirica6)b and Yj(6,6

, however t

ce  that only

st  in  the  s

notube, the 

n be attribu

introduced

energy gap (El  level of  th6)c, respecti

the total en

y  in  the cas

tructured  c

tube contr

uted to the 

d. 

Egap in au) as eory,  for  thvely. 

nergy per at

se of Yj(6,6

considered 

ributes mor

fact that th

function of e  three  seri

tom values 

)a  the  tota

in  this  stu

re to the sta

he geometr

 

the nanotubes of opene

23 

are very 

l energy 

udy.  It  is 

ability of 

ry of this 

be length, ed  Y‐type 

Page 24: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

os

 

3.3.2.

  T

series Y

respect 

pentago

nanotub

of the o

caps we

be seen

 

Figure 54 Ploof the attachseries of ope

Symmetr

To study th

Yj(6,6)a, Yj(6

to  the  jun

ons  and  ha

be, howeve

opening) [37

ere chosen 

n in Figure 5

ot of the tothed nanotubened Y‐type j

riccappe

he cap effec

6,6)b and Y

ction  (Figur

as  a  positiv

er a nanotub

7, 104, 105]

to close the

58. 

al energy (kcbe length, objunctions Yj(

edYj(n,n

ct on the st

Yj(6,6)c wer

re 57). The

ve  curvatur

be can be e

. To preserv

e structure,

cal/mol) per btained with 6,6)a, Yj(6,6

n)armcha

tability of t

re closed a 

 nanotube 

re.  One  na

enclosed by

ve the junct

, their struc

number of cthe PM6 sem)b and Yj(6,6

airjuncti

the  junction

the oppos

cap  is a ha

anotube  ca

y more than

tion high sy

cture viewe

carbon atommiempirical m6)c, respectiv

ions

n,  the three

ing end of 

alf  fullerene

p  can  fit  t

n one cap (d

ymmetry on

d along the

 

ms (Etot/N) asmethod for tvely. 

e armchair 

the nanotu

e, which  inc

to  only  on 

depends on

nly two sym

e symmetry

24 

 function the three 

junction 

ube with 

cludes 6 

kind  of 

 the size 

metrical 

y axe can 

Page 25: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

ttcs

 

a

 

Yj(6

even nu

 

Figure 57 Coregion  (centthree attachthat enclosecharacterizestructural ele

Figure 58 Arand  three‐fopentagons w

6,6)a cap1 

umber of row

Figure  59  YDepending  orelative to th

onstruction otral)  is  charahed armchaire the oppositd by  the poement must 

mchair (6,6) old C3  (right)which gives a

 

ws 

Y

odd n

Y‐type  juncton  the  attache junction. 

of a closed Yacterized  byr nanotubes te send of thositive curvatbe the same

 

 carbon nano) –cap 2  rota positive cur

Yj(6,6)a cap1

number of ro

tion  Yj(6,6)ached  nanotu

Y‐type junctioy  negative  cto the openhe nanotubeture  introdue. 

otube caps (ational symmrvature to th

 

ows  eve

a  closed  at ube  length 

on Yj(6,6) frourvature  intnings of the e with respecuced by  the 

half‐fullerenmetry axe,  re structure.

Yj(6,6)a cap

en number of

each  end (odd  or  eve

 

om three fratroduced  byjunction, anct to the junpentagons. 

nes), with sixrespectively. 

 

p2 

f rows  o

with  the  sen)  the  cap 

gments: they  the  heptagd the nanotnction, and wThe chirality

 

x‐fold C6 (leftEach cap co

Yj(6,6)a c

odd number 

ame  nanotuchanges  its 

25 

e junction gons,  the ube caps which are y of each 

) – cap 1, ontains 6 

 

ap2 

of rows 

ube  cap. position 

Page 26: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

Y

even nu

tj

 

  S

and  the

atoms) 

capped 

Yj(6,6)c 

 

os

Yj(6,6)b1 

umber of row

Figure 60 Clthe same cajunction and

Series were

e  cap. Depe

the cap ch

with both 

closed with

Figure 61 Ploof the lengthsemiempiric

ws  odd n

osed symmep. The cap pd cap (even a

e construct

ending  on  t

anges  its po

nanotube 

h cap 1. 

ot of the toth of the (6,6)al method fo

Yj(6,6)b1 

number of ro

etric Y  junctiposition varieand odd num

ed by  incre

the  length 

osition rela

caps, while

al energy (kc) armchair nor the series 

ows  eve

ions, Yj(6,6)bes dependingmber of atom

easing  the  l

of  the nan

ative to the 

e Figure 60

cal/mol) per anotube attaof closed Y‐j

 

Yj(6,6)c1

en number of

b and Yj(6,6)g on the leng rows). 

length of  th

notube  (eve

junction. F

shows  the 

number of cached to thejunctions: Yj

f rows o

)c, capped atgth of the na

he  tube bet

en  or  odd  n

Figure 59 pr

geometry 

carbon atome junction ob(6,6)aC, Yj(6

Yj(6,6)c

odd number 

t each openanotube betw

tween  the 

number of 

resents the

of  the Yj(6,

 

ms (Etot/N) asbtained with ,6)bC, and Yj

26 

c1 

of rows 

ing using ween the 

junction 

rows  of 

 Yj(6,6)a 

,6)b and 

 function the PM6 j(6,6)cC. 

Page 27: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

oj

 

  T

in Figur

differen

nanotub

  A

energy 

the stru

 

nanotub

capped 

howeve

the seri

 

Figure 62 Ploobtained  at junctions: Yj

The plot of 

re 61. The s

nce  is  that  i

be. 

As  in the p

gap, as  it c

uctures with

In the Figur

be  length, 

with cap 1 

er  they hav

es closed w

ot of the HOthe  PM6  se(6,6)aC, Yj(6

the total en

stability ord

in all cases 

revious stu

can be seen

h the largest

re 64 the to

respectivel

and 2. It ca

e almost  th

with the high

MO‐LUMO eemiempirica,6)bC și Yj(6,

nergy per a

dering corre

the  total e

dy the ord

n  in Figure 6

t gap corres

otal energy

y,  in  the  c

an be seen t

he same sta

her symmet

energy gap (Eal  level  of  th,6)cC. 

tom as func

esponds to 

energy decr

ering of the

62. Once ag

sponds to t

y per atom 

case  of  the

that althoug

ability. The 

try cap is so

Egap in au) as heory,  for  th

ction of the

that of the

reases with

e three ser

gain the thr

he Yj(6,6)a 

and the ga

e  two  serie

gh there is s

periodicity

omewhat m

function of he  three  ser

e nanotube 

 opened Y 

h  the  increa

ies changes

ree curves a

series. 

p energy  is

s  of  closed

some minor

y  in  the gap

ore stable. 

 

the nanotubries  of  close

length is pr

junctions. T

ase of  the a

s  in the cas

are almost 

 plotted ve

d  Yj(6,6)a  ju

r energy dif

p values  is 

27 

be length, ed  Y‐type 

resented 

The only 

attached 

se of the 

parallel, 

ersus the 

unctions 

fference, 

present, 

Page 28: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

oY

 

3.3.3.

  S

keeping

nanotub

Figure  6

geomet

 

Figure 64 Ploobtained at Yj(6,6)aC1 an

Closeda

Starting  fro

g constant t

be’s length.

65 where  t

tries were o

ot of the HOthe PM3 semnd Yj(6,6)aC2

asymmetr

om  the  Yj(

two of the 

. Each nano

two  arms  a

optimized w

MO‐LUMO emiempirical 2, respective

ricYj(n,n

6,6)a  junct

arms of the

otube was c

are  of  lengt

with the PM3

energy gap (Elevel of theoely. 

n)armch

tion  four  s

e junctions,

closed at th

th  3, while

3 semiempi

Egap in au) as ory, for the t

airjunct

eries  of  ju

 and increa

he end with

e  the  third 

irical metho

function of two series o

tions

nctions  we

asing only o

 cap 1. An 

nanotube 

od. 

 

 

the nanotubf capped Y j

ere  constru

one of the a

example is 

is  of  length

28 

be length, unctions: 

ucted  by 

attached 

given in 

h  8.  The 

Page 29: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

c

  C

and  Fig

plotted 

as was 

with the

  N

Only th

the ene

first two

of these

 

of

 

Figure 65 Anchirality, but

Calculation 

gure  67,  wh

as the func

previously 

e tube lengt

Notice howe

e structure

ergy gap val

o members 

e two series

Figure 66 Ploof the attachfour series o

n example oft the length o

results obt

here  the  to

ction of the

observed in

th in all fou

ever that in

s where the

ues. The tw

of the serie

s is a leapfro

ot of the tothed (6,6) nanof closed asym

f asymmetriof one arm is

tained at th

otal  energy

e tube lengt

n the case o

r series. 

n the second

e length of 

wo series st

es. This cou

og structure

al energy (kcnotube lengtmmetric Y‐ju

c junction Yjs different fr

 

he same the

y  per  atom

th, respecti

of closed Y 

d plot, not a

the tubes w

ability is alm

ld be expla

e [106‐109]

cal/mol) per th, obtainedunctions. 

j(n,n): all attrom the othe

eoretical lev

  and  the  H

vely. The fi

junctions, w

all series ha

was zero an

most the sa

ined by the

number of c with the PM

tached nanoters. 

vel are pres

HOMO‐LUM

rst plot giv

which  is the

ve the sam

nd three, sh

ame, with th

e fact, that e

carbon atomM3 semiemp

tubes have t

sented  in F

MO  gap  ene

es a similar

e energy de

e stability o

how a perio

he exceptio

every third 

 

ms (Etot/N) aspirical metho

29 

the same 

igure 66 

ergy  are 

r answer 

ecreases 

ordering. 

odicity in 

on of the 

member 

 function od for the 

Page 30: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

oa

  

3

  T

series w

were clo

single p

that the

didn’t a

  S

be  obse

relation

increase

 

Figure 67 Ploobtained  atasymmetric 

3.4.Con

To study th

were mode

osed by a n

point energy

e nanotube

lter the sta

Similar to t

erved  in  th

nship  could

e of the tub

ot of the HOt  the  PM3 Y junctions. 

nclusions

he effect of 

led, where 

nanotube ca

y calculatio

  length and

bility sort o

the armcha

he  gap  valu

d  be  found

be diameter

 

MO‐LUMO esemiempiric

s

the attache

the nanot

ap, to study

ns at the P

d diameter 

order. 

ir opened a

ues  of  each

d  between 

r decreases 

energy gap (Ecal  level  of 

ed nanotub

ube  length 

y the cap eff

M3 and PM

has a big  in

and closed 

h  series  as 

the  stabili

the total en

Egap in au) as theory,  for 

bes on the s

is  increase

fect. Geome

M6 semiemp

nfluence on

nanotubes,

function  o

ity  and  na

nergy. 

function of the  four  s

stability of Y

ed. Also  the

etry optimi

pirical level

n the stabil

, an oscillat

of  the  tube

notube  len

 

the nanotubseries  of  clo

Y junctions,

e opened  ju

zations follo

 of theory s

ity. The clo

ting period

e  length.  N

ngth,  howe

30 

be length, osed  and 

, several 

unctions 

owed by 

showed, 

sing cap 

icity can 

o  direct 

ever  the 

Page 31: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

4

  T

our soft

second 

 

t

 

  A

face/rin

of ops o

of distin

  A

were de

Omega,

tetrapo

 

4.2.Top

Tetrapodal 

tware Nano

generation

First d

Figure 68 De

tetrapodal ju

As above m

ng eventual

of length c i

nct c expone

Analytical  f

erived [119

, Sadhana p

dal junction

pologica

junctions w

o Studio)  to

 stages, res

dendrimer l

endrimer at f

unctions. 

mentioned, a

ly forming a

s given by t

ents equals

formulas  of

];  in every 

polynomials

ns are prese

aldescrip

were conne

o build den

spectively, a

 

evel 

first (left) an

a set of opp

a strip of ad

the polynom

s the numbe

f  the Omeg

formula, m

s and deriv

ented in the

ptionof

ected by  ide

ndritic mole

are illustrate

d second (rig

posite or top

djacent face

mial coeffic

er of equiva

ga  and  Sad

m represents

ed  indices, 

e tables belo

fnanode

entification 

ecules. Nano

ed in Figure

Sec

ght) level bu

pologically 

es, is called

ients of ter

alence classe

hana  polyn

s the numb

in  the case

ow. 

endrime

(a procedu

o‐dendrime

e 68. 

ond dendri

uilt from C84 (

parallel edg

d a qoc or a

ms at expo

es of oppos

nomial  in  te

ber of mono

e of dendri

ers

ure  impleme

ers, at  the  f

mer level 

( ( ( (Le Op Le L

ges within t

an ops. The 

nent c; the 

site edges in

etrapodal  ju

omers. Exam

mers built 

31 

ented  in 

first and 

 

( ))))Le T ) 

he same 

number 

number 

n G. 

unctions 

mples of 

up  from 

Page 32: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

32  

C84‐Td‐junction 

11 1 11 11( ( ( ( ))))Le S Le Le T  TU3.3.0 

v =108 , f6 = 28, f7 = 12, e = 150 

Omega Polynomial  1 3 712(2 1) 24 6m X mX mX  

'( ,1) 138 12G m  

CI index  2 2138 2778 132CI m m ; Example:  3; 179862m CI  

Sadhana Polynomial  138 11 138 9 138 512(2 1) 24 6m m mSd m X mX mX  

 

 

C84‐Td‐junction 

11 1 11 11( ( ( ( ))))Le S Le Le T  TU3.3.1 

v = 132, f6 = 40 f7 = 12, e = 186 

Omega Polynomial  1 2 3 96( 1) 12( 1) (30 6) 6m X m X m X mX  

'( ,1) 174 12G m  

CI index  2 2174 3366 144CI m m ; Example:  5; 773874m CI  

Sadhana Polynomial  174 11 174 10 174 9 174 36( 1) 12( 1) (30 6) 6m m m mSd m X m X m X mX  

 

 

C60‐td‐junction 

11 1 21( ( ( )))Le S Ca T TU3.3.0 

v = 84, f6 = 16, f7 = 12, e = 114 

Omega Polynomial  1 2 312(2 1) 12 18m X mX mX  

'( ,1) 102 12G m  

CI index  2 2102 2214 132CI m m ; Example:  2; 46176m CI  

Sadhana Polynomial  102 11 102 10 102 912(2 1) 12 18m m mSd m mX mX  

 

 

C60‐td‐junction 

11 1 21( ( ( )))Le S Ca T TU3.3.1 

v = 108, f6 = 28 f7 = 12, e = 150 

Omega Polynomial  1 2 36( 1) 12( 1) 6(6 1)m X m X m X  

'( ,1) 138 12G m  

CI index  2 2138 2934 144CI m m ; Example  4; 316584m CI  

Sadhana Polynomial  138 11 138 10 138 96( 1) 12( 1) 6(6 1)m m mSd m X m X m X  

Page 33: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

33  

 

C120‐td‐junction 

11 1 11 2.0( ( ( ( ))))Le S Le Q T TU3.3.0 

v = 144, f6 = 46 f7 = 12, e = 204 

Omega Polynomial  1 3 4 6 1212(2 1) 12 6 12 3m X mX mX mX mX  

'( ,1) 192 12G m  

CI index  2 2192 3516 132CI m m ; Example:  2; 154620m CI  

Sadhana 

Polynomial 

192 11 192 9 192 8 192 6 19212(2 1) 12 6 12 3m m m m mSd m X mX mX mX mX  

 

 

C120‐td‐junction 

11 1 11 2.0( ( ( ( ))))Le S Le Q T  TU3.3.1 

v = 168, f6 = 58 f7 = 12, e = 240 

Omega 

Polynomial 

1 2 3 6 126( 1) 12( 1) 6(3 1) 18 3m X m X m X mX mX  

'( ,1) 228 12G m  

CI index  2 2228 4176 144CI m m ; Example:  7; 2576592m CI  

Sadhana 

Polynomial 

228 11 228 10 228 9 228 6 2286( 1) 12( 1) 6(3 1) 18 3m m m m mSd m X m X m X mX mX

 

 

C76‐td‐junction TU3.3.0  v = 100, f6 = 24 f7 = 12, e = 138 

Omega Polynomial  1 2 3 512(2 1) 12 6 12m X mX mX mX  

'( ,1) 126 12G m  

CI index  2 2126 2598 132CI m m ; Example:  2; 68832m CI  

Sadhana Polynomial  126 11 126 10 126 9 126 712(2 1) 12 6 12m m m mSd m X mX mX mX  

 

C76‐td‐junction TU3.3.1  v = 124, f6 = 36 f7 = 12, e = 174 

Omega Polynomial  1 2 3 56( 1) 12(2 1) 6( 1) 18m X m X m X mX  

'( ,1) 162 12G m  

CI index  2 2162 3282 144CI m m ; Example:  3; 246186m CI  

Sadhana Polynomial  162 11 162 10 162 9 162 76( 1) 12(2 1) 6( 1) 18m m m mSd m X m X m X mX  

 

Page 34: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

34  

The first derivative of Omega polynomial gives the number of the edges in G. The first 

derivative of Sadhana polynomials in x=1 is a multiple of the number of the edges, as shown 

above. The Cluj‐Ilmenau CI index is a topological index, useful in correlating properties with 

molecular structures. 

By construction, the “negative” polygon is 7 (an odd ring, with no opposite edges), so 

that the strip remains at the level of a single monomer unit and the polynomials are additive 

in  their  coefficients.  In  the  above,  “negative”  refers  to  polygons  inducing  the  negative 

curvature  at  the  junction  of  tetrapodal  units.  The  terms  at  c=1  (in  Omega  polynomial) 

account for the non‐opposite edges or the odd rings. 

Remark  in  these  tables  the  simplicity  at  exponents  of  Omega  vs  Sadhana 

polynomials;  the  polynomial  order  increases  as  the  size  of  fullerenes  increases.  The  first 

derivative is 1st and 2nd order in m, for Omega and Sadhana, respectively. The value in x=1 is 

the same for both polynomials and accounts for the total number of strips. For the first three 

units,  the  same  values  ( ,1); ( ,1)G Sd G  are  obtained,  telling  about  their  structural 

relatedness. 

 

 

4.3.TopologicaldescriptionofnetworksbuiltfromP‐type

junctions

  The studied P‐type networks are periodic graphitic arrangements with hexagonal and 

heptagonal rings of carbon. They are a series of open networks made of sp2 carbon atoms 

only.  To  the  structures  under  study  can  connect  six  (4,  4)  armchair  carbon  nanotubes, 

therefore a genus three. The topology of such P‐type networks can be described by the aid 

of  some  counting  polynomial,  called Omega  polynomial.  Analytical  formulas  for  counting 

polynomial, and derived indices, in P‐type networks are given. 

  The  unit  cell  of  the  Schwarz  P  (primitive)  triply  periodic minimal  surface  can  be 

described as the intersection of six tubes coming through the faces of a cube, that meet into 

a 6–coordinated octahedral junction (also known as the “plumber’s nightmare”). 

  Two  networks  of  6‐coordinated  junctions  were  studied.  The  repeat  units  are 

obtained  by  a  sequence  of map  operations  starting  from  the  cube,  Le(Op(Le(Le(C))))  and 

Page 35: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

 

Le(Op(L

the cha

resulted

bivalent

directio

became

armcha

 

coefficie

of equiv

 

c

c =

 

  W

strip of 

torus on

This stri

Le(Q(C)))) h

mfering Q t

d  junctions 

t  vertex  on

ons,  indicati

e heptagons

ir (4,4) chira

In  the P‐ty

ents of term

valence clas

c = 4; v = 288

= 8; v = 568; 

Figure 71 Ex

When  two 

length 8.W

n the inside

ip is actually

ereafter no

transforma

have  the o

n  each  edg

ng that  it h

s, which  ar

ality. 

pe  structur

ms at expon

sses of oppo

8; e = 408; f6 =

e = 812; f6 = 

amples of O

P‐type  jun

When four ju

e belt of the

y formed fr

otated P216

tions prese

octahedral 

ge  of  the  4

has genus 3

re  all  rotate

res  the num

nent c; the 

osite edges 

=92; f7=24

188; f7 = 48

mega polyno

ctions are c

unctions are

e torus the 

om the fou

6 and P288

erve the sym

symmetry 

4‐membere

3. By the ho

ed  in  the  f

mber of op

number of

in G. Figure

 

c = 1

omial strips i

connected 

e connected

two c = 8 s

r c = 4 strip

8,  respectiv

mmetry of t

of  the  cub

ed  rings  th

omeomorph

inal  step  (L

s of  length

f distinct c 

e 71 illustra

16; v = 1120; 

in case of  Le

the  two  c

d in the shap

strips will re

ps of the fou

ely. Both  t

the parent 

e. By  the  in

he  structure

h transform

Le),  resultin

  c  is  given 

exponents 

tes qoc/ops

e = 1616 ; f6

( ( ( (e Op Le Q C

= 4  strips  f

pe of a squa

esult a new

ur junctions

he  leapfrog

map, there

ntroduction

e  is  opene

mation 24 h

ng  an open

by  the pol

equals the 

s. 

6 = 384; f7 = 9

))))C . 

forms a con

are they wi

w strip of le

35 

g  Le and 

efore the 

n of one 

ed  in  six 

exagons 

ing with 

lynomial 

number 

ntinuous 

ll form a 

ngth 16. 

Page 36: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

36  

  A complete network of P‐type junctions can be defined in terms of three integers a, b, 

and  c,  their  values  represent  the  number  of  units  along  the  three  translation  directions. 

Assigning  numbers  to  these  parameters  is  completely  arbitrary  and  describes  the  same 

network (1×2×3 ≈ 2×1×3). A single unit  is defined when all three  integers are equal to one, 

denoted 1×1×1. Depending on the values of the parameters one can distinguish three cases 

of network types: 1. the structure is linear if only one parameter is greater than one (a > 1, b 

= c = 1); 2. the structure is two‐dimensional if only one parameter equals one (a, b > 1, c = 1); 

3. when all  the parameters have a value  larger  than one  (a, b, c > 1), a  three‐dimensional 

structure is described. 

  An  attempt  to  derive  the  Omega  polynomial  solely  from  the  number  of  units 

(notated u) failed, because two distinct structures, although they have the same number of 

units (for example 1×1×8, 1×2×4 and 2×2×2 are all built from eight units), their polynomials 

are different. The case is similar when only the number of junctions (notated j) is taken into 

account. 

  The  number  of  units  (u),  junctions  (j),  and  tori  (t)  can  be  defined  in  terms  of  the 

structural parameters a, b, and c, the corresponding relationships are equations (8)‐(12): 

 

u a b c (44)

1 1 1

3 3

j a b c a b c a b c

a b c a b b c a c u a b b c a c

(45)

3a b b c a c j u (46)

1 1 1 1 1 1

3 2 4 3

t a b c b a c c a b

a b c a b b c a c a b c j u a b c

(47)

4 3a b c t j u (48)

 

  Analytical formulas of Omega polynomial in case of  ( ( ( ( ))))Le Op Le Q C : 

 

1 2 3 4 6 8 16 1872 20 8 24 4 3 2 24 4 4X u j X jX uX u j t X uX j t X tX uX  

2 3 5 7 15 17' 72 20 16 72 16 3 2 144 32 16 72X u j jX uX u j t X uX j t X tX uX  

' 1 408 4u j  

2 4 6 14 16" 16 144 48 3 2 720 224 240 1224X j uX u j t X uX j t X tX uX  

Page 37: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

37  

" 1 2232 144 64u j t  

2408 4 2640 140 64CI u j u j t  

 

  Analytical formulas of Omega polynomial in case of  ( ( ( ( ))))Le Op Le Le C : 

1 2 3 7 7 772 20 8 48 4 4 4a b cX u j X j X u X bc X ac X ab X

2 7 1 7 1 7 1' 72 20 16 144 28 a b cX u j j X u X abc X X X

' 1 300 4u j

7 2 7 2 7 2" 16 288 28 (7 1) (7 1) (7 1)a b cX j u X abc a X b X c X

" 1 196( ) 204 16a b c u j

2300 4 196( ) 504 12CI u j a b c u j

 

 

 

4.4.Conclusions

 

  Nano dendrimers built from two different tetrahedral junctions, and P‐type networks 

built  from  octahedral  junctions  were  characterized  by  means  of  Omega  polynomial. 

Analytical  formulas were derived  in  terms of  repeat unit  in case of dendrimers, and using 

three structural descriptors (number of units, junctions, tori) in case of the P‐type networks. 

Page 38: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

38  

References

 

1.  HW Kroto, et al., Nature 318(6042), 162‐163 (1985). 2.  W Kratschmer, et al., Nature 347(6291), 354‐358 (1990). 3.  S Iijima, Nature 354(6348), 56‐58 (1991). 4.  M Bockrath, et al., Science 275(5308), 1922‐1925 (1997). 5.  YK Kwon, et al., Physical Review Letters 82(7), 1470‐1473 (1999). 6.  SJ Tans, et al., Nature 393(6680), 49‐52 (1998). 7.  BI Yakobson, et al., American Scientist 85(4), 324‐337 (1997). 8.  H Terrones, et al., Carbon 30(8), 1251‐1260 (1992). 9.  H Terrones, et al., Chemical Physics Letters 207(1), 45‐50 (1993). 10.  D Ugarte, Nature 359(6397), 707‐709 (1992). 11.  D Ugarte, Chemical Physics Letters 207(4‐6), 473‐479 (1993). 12.  AL Mackay, et al., Nature 352, 762 (1991). 13.  T Lenosky, et al., Nature 355, 333‐335 (1992). 14.  M O'keeffe, et al., Phys Rev Lett 68(15), 2325‐2330 (1992). 15.  H Terrones, et al., Carbon 30(8), 1251‐1260 (1992). 16.  D Vanderbilt, et al., Phys Rev Lett 68(4), 511‐513 (1992). 17.  JL Aragón, et al., Phys Rev B 48(11), 8409‐8413 (1993). 18.  H Terrones, J Math Chem 15, 143‐156 (1994). 19.  H Terrones, et al., Acta Metall et Mater 42, 2687‐2699 (1994). 20.  H Terrones, et al., J Math Chem 15, 183‐195 (1994). 21.  H Terrones, et al., Chem Soc Rev 24, 341‐350 (1995). 22.  H Terrones, et al., Prog Crystal Growth and Charact 34(1‐4), 25‐36 (1997). 23.  RB King, J Chem Inf Comput Sci 38, 180‐188 (1998). 24.  H Terrones, et al., New Journal of Physics 5, 126.1‐126.37 (2003). 25.  F Valencia, et al., New Journal of Physics 5, 123.1‐123.16 (2003). 26.  N Park, et al., Phys Rev Lett 91(23), 237204(1‐4) (2003). 27.  JM Carlsson, et al., Phys Rev Lett 96, 046806 (2006). 28.  S Iijima, et al., Journal of Chemical Physics 104(5), 2089‐2092 (1996). 29.  S Iijima, Nature (London) 354, 56‐58 (1991). 30.  R Saito, et al., Phys Rev B 46, 1804–1811 (1992). 31.  A Rochefort, et al., J Phys Chem B 103, 641‐646 (1999). 32.  W Liang, et al., Journal of the American Chemical Society 122(45), 11129‐11137 (2000). 33.  N Park, et al., Phys Rev B 65, 121405(1‐4) (2002). 34.  R Tamura, et al., Phys Rev B 52, 6015–6026 (1995). 35.  T Yumura, et al., J Phys Chem B 108, 11426‐11434 (2004). 36.  S Reich, et al., Phys Rev B 72, 165423(1‐8) (2005). 37.  SL Lair, et al., Carbon 44, 447–455 (2006). 38.  LA Chernozatonskii, Physics Letters A 170(1), 37‐40 (1992). 39.  BI Dunlap, Phys Rev B 46, 1933‐1936 (1992). 40.  J Han, Chem Phys Lett 282, 187‐191 (1998). 41.  L Liu, et al., Phys Rev B 64, 033412‐1(4) (2001). 42.  M Sano, et al., Science 293(5533), 1299‐1301 (2001). 43.  M Huhtala, et al., Comput Phys Commun 147(1‐2), 91‐96 (2002). 44.  IG Cuesta, et al., ChemPhysChem 7(12), 2503‐2507 (2006). 45.  K Sai Krishna, et al., Chem Phys Lett 433(4‐6), 327‐330 (2007). 46.  C Feng, et al., Carbon 47(7), 1664‐1669 (2009). 

Page 39: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

39  

47.  G Brinkmann, et al., Match 36, 233‐237 (1997). 48.  G Brinkmann, et al., Match 63(3), 533‐552 (2010). 49.  CL Nagy, et al., Nano Studio, 2010: Babes‐Bolyai University. 50.  JJP Stewart, J Mol Model 10(2), 155‐164 (2004). 51.  JJP Stewart, J Mol Model 13(12), 1173‐1213 (2007). 52.  J Tirado‐Rives, et al., J Chem Theory Comput 4(2), 297‐306 (2008). 53.  AD Becke, Phys Rev A 38(6), 3098‐3100 (1988). 54.  C Lee, et al., Phys Rev B 37(2), 785‐789 (1988). 55.  R Ditchfield, et al., The Journal of Chemical Physics 54(2), 720‐723 (1971). 56.  PC Hariharan, et al., Theor Chim Acta 28(3), 213‐222 (1973). 57.  MJ Frisch, et al., Gaussian 09, Revision A.02, 2009: Gaussian, Inc., Wallingford CT. 58.  M Stefu, et al., CageVersatile CVNet, 2005: Babes‐Bolyai University. 59.  W Cheng, et al., Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 489(2‐3), 159‐164 (1999). 60.  W Cheng, et al., Journal of Molecular Spectroscopy 193(1), 1‐6 (1999). 61.  W Cheng, et al.,  Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 107(3), 301‐308 

(2000). 62.  AY Li, et al., Physical Chemistry Chemical Physics 2(10), 2301‐2307 (2000). 63.  AC Tang, et al., Chemical Physics Letters 258(5‐6), 562‐573 (1996). 64.  AC Tang, et al., Theoretical Chemistry Accounts 102(1‐6), 72‐77 (1999). 65.  A Hirsch, et al., Angewandte Chemie ‐ International Edition 39(21), 3915‐3917 (2000). 66.  Z Chen, et al., Journal of Molecular Modeling 7(5), 161‐163 (2001). 67.  Z Chen, et al., Theoretical Chemistry Accounts 106(5), 352‐363 (2001). 68.  R Salcedo, et al., Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 422(1‐3), 245‐252 (1998). 69.  M Lin, et al., Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 489(2‐3), 109‐117 (1999). 70.  J Xiao, et al., Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 428(1‐3), 149‐154 (1998). 71.  K Nagy, et al., Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures 18(3), 216‐223 (2010). 72.  GE Scuseria, Chemical Physics Letters 195(5‐6), 534‐536 (1992). 73.  LA Chernozatonskii, Physics Letters A 172(3), 173‐176 (1992). 74.  I Zsoldos, et al., Modelling Simul Mater Sci Eng 12(6), 1251‐1266 (2004). 75.  I Zsoldos, et al., Diamond Relat Mater 14, 763‐765 (2005). 76.  I Zsoldos, et al., Modelling Simul Mater Sci Eng 15(7), 739‐745 (2007). 77.  GK Dimitrakakis, et al., Nano Lett 8(10), 3166‐3170 (2008). 78.  E Tylianakis, et al., Chem Commun (Cambridge, U K) 47(8), 2303‐2305 (2011). 79.  I László, Croatica Chemica Acta 78(2), 217‐221 (2005). 80.  I László, Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures 13(SUPPL. 1), 535‐541 (2005). 81.  I László, Croatica Chemica Acta 81(2), 267‐272 (2008). 82.  I Ponomareva, et al., New Journal of Physics 5, 119.1–119.12 (2003). 83.  LP Biró, et al., Diamond and Related Materials 11(3‐6), 1081‐1085 (2002). 84.  LP Biró, et al., Materials Science and Engineering C 19(1‐2), 3‐7 (2002). 85.  LP Biró, et al., Diamond and Related Materials 13(2), 241‐249 (2004). 86.  D Zhou, et al., Chemical Physics Letters 238(4‐6), 286‐289 (1995). 87.  GI Márk, et al., Physical Review B 58(19), 12645‐12648 (1998). 88.  BC Satishkumar, et al., Applied Physics Letters 77(16), 2530‐2532 (2000). 89.  WZ Li, et al., Applied Physics Letters 79(12), 1879‐1881 (2001). 90.  J Li, et al., Nature 402(6759), 253‐254 (1999). 91.  YC Sui, et al., Journal of Physical Chemistry B 105(8), 1523‐1527 (2001). 92.  YC Sui, et al., Carbon 39(11), 1709‐1715 (2001). 93.  AA Koós, et al., Materials Science and Engineering C 23(1‐2), 275‐278 (2003). 94.  M Terrones, et al., Physical Review Letters 89(7), 075505/1‐075505/4 (2002). 95.  M Terrones, et al., Microscopy and Microanalysis 9(SUPPL. 2), 320‐321 (2003). 96.  M Terrones, et al., New Diamond and Frontier Carbon Technology 12(5), 315‐323 (2002). 97.  L Stobinski, et al., Reviews on Advanced Materials Science 5(4), 363‐370 (2003). 

Page 40: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

40  

98.  J Cioslowski, et al., Journal of the American Chemical Society 124(28), 8485‐8489 (2002). 99.  T Yumura, et al., Journal of the American Chemical Society 127(33), 11769‐11776 (2005). 100.  T Sato, et al., Synthetic Metals 103, 2525‐2526 (1999). 101.  T Yaguchi, et al., Physica B 323, 209‐210 (2002). 102.  Y Matsuo, et al., Organic Letters 5(18), 3181‐3184 (2003). 103.  T Yumura, et al., Chemical Physics Letters 386, 38‐43 (2004). 104.  G Brinkmann, et al., Chemical Physics Letters 315(5‐6), 335–347 (1999). 105.  G Brinkmann, et al., Discrete Applied Mathematics 116, 55–71 (2002). 106.  PW Fowler, et al., J CHEM SOC, CHEM COMMUN, 1403‐1405 (1987). 107.  PW Fowler, J CHEM SOC FARADAY TRANS 86(12), 2073‐2077 (1990). 108.  P Fowler, et al., J CHEM SOC FARADAY TRANS 90(19), 2865‐2871 (1994). 109.  KM Rogers, et al., J Chem Soc, Perkin Trans 2, 18–22 (2001). 110.  MV Diudea, Carpathian Journal of Mathematics 22(1‐2), 43‐47 (2006). 111.  MV Diudea, et al., Journal of Mathematical Chemistry 45(2), 316‐329 (2009). 112.  DZ Djokovic, J Combin Theory Ser B 14, 263‐267 (1973). 113.  PM Winkler, Discr Appl Math 8, 209‐212 (1984). 114.  MV Diudea, et al., Croatica Chemica Acta 79(3), 445‐448 (2006). 115.  MV Diudea, et al., Acta Chimica Slovenica 57(3), 565‐570 (2010). 116.  MV Diudea, et al., Carpathian Journal of Mathematics 25(2), 177‐185 (2009). 117.  MV Diudea, et al., Match 60(1), 237‐250 (2008). 118.  F Gholami‐Nezhaad, et al., Studia Universitatis Babes‐Bolyai Chemia (4), 219‐224 (2010). 119.  MV Diudea, et al., Match 65(1), 143‐152 (2011). 120.  MV Diudea, et al., Carpathian Journal of Mathematics 26(1), 59‐66 (2010). 121.  MV Diudea, Journal of Mathematical Chemistry 45(2), 309‐315 (2009). 122.  MV Diudea, et al., Match 60(3), 945‐953 (2008). 123.  M Saheli, et al., Studia Universitatis Babes‐Bolyai Chemia 1, 83‐90 (2010). 124.  MV Diudea, Match 63(1), 247‐256 (2010). 125.  K Nagy, et al., Studia Universitatis Babes‐Bolyai Chemia 1, 77‐82 (2010). 126.  AE Vizitiu, et al., Match 60(3), 927‐933 (2008). 127.  A Ilić, et al., Carpathian Journal of Mathematics 26(2), 193‐201 (2010). 128.  MV Diudea, et al., Studia Universitatis Babes‐Bolyai Chemia 4(2), 313‐320 (2009). 129.  MV Diudea, et al., Match 65(1), 131‐142 (2011).  

   

Page 41: FA CULTY OF CHEMISTRY AND CHEMICAL ENG …doctorat.ubbcluj.ro/sustinerea_publica/rezumate/2011/chimie/Nagy... · MISTRY ATI CHA TUB PhD TH S (că CLU YAI U AND C ONA ... package,

41  

Scientific communications 

 

1. MolMod 2007, Molecular modeling in chemistry and biochemistry, July, 5‐8, Arcalia  Diamond and dodecahedron architectures from carbon tetrapods (poster) 

2. ChemMod 2007, Chemical Graph Theory and Molecular Modeling Workshop, October, 23‐26, Cluj‐Napoca  Armchair [3,3] carbon nanotube junctions with tetrahedral symmetry (poster) 

3. MolMod 2009, Molecular modeling in chemistry and biochemistry, April, 2‐4, Cluj‐Napoca Omega polynomials of carbon tetrapodal graphitic junctions (poster) 

4. ICAM 2010 ‐ “Mathematical Chemistry in NANO‐ERA” Minisymposium, September, 1‐4, Cluj‐Napoca Y junctions from armchair carbon nanotubes(lecture) 

 

Articles 

 

1. Katalin Nagy, Csaba L Nagy, Gabriel Katona, Mircea V. Diudea Armchair [3,3] carbon nanotube junctions with tetrahedral symmetry Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 18 (2010) 216‐223 

2. Katalin Nagy, Csaba L Nagy, Mircea V. Diudea, Omega polynomial in diamond‐like dendrimers, Studia Univ. “Babes‐Bolyai” Chemia, 55 (2010) 77‐82 

3. Mahboubeh Saheli, Mahdieh Neamati, Katalin Nagy, Mircea V. Diudea Omega polynomial in Sucor network, Studia Univ. “Babes‐Bolyai” Chemia, 55 (2010) 83‐90 

4. Mahsa Ghazi, Modjtaba Ghorbani, Katalin Nagy, Mircea V. Diudea On Omega Polynomial of ((4,7)3) Network Studia Univ. “Babes‐Bolyai” Chemia, 4 (2010) 197‐200 

5. Katalin Nagy, Csaba L Nagy, Mircea V. Diudea Omega and Sadhana polynomials of dendrimers designed from tetrapodal graphitic junctions MATCH Commun. Math. Comput. Chem, 65 (2011) 163‐172 

6. Mircea V. Diudea, Katalin Nagy, Csaba L Nagy, Aleksandar Ilić Omega polynomial in puzzle zeolites MATCH Commun. Math. Comput. Chem, 65 (2011) 143‐152