Cấu trúc điện tử của Buckminsterfullerene C₆₀ và phổ hấp thụ của các cụm Cu₄²⁺@C₆₀ và Ag₄²⁺@C₆₀

Thanh bên của bài viết

PDF (Tiếng Anh)
Đã Xuất bản: Mar 20, 2026
Từ khóa:
buckminsterfullerene C₆₀, cụm kim loại trong C₆₀, phương pháp phiếm hàm mật độ, phương pháp phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian

Nội dung chính của bài viết

Vũ Bảo Ngọc1, Ngô Tuấn Cường1,*,
1 Khoa Hóa học, Đại học Sư phạm Hà Nội, Việt Nam; Trung tâm Khoa học tính toán, Đại học Sư phạm Hà Nội, Việt Nam

Tóm tắt

Nghiên cứu này khảo sát các tính chất cấu trúc, dao động và điện tử của buckminsterfullerene (C60) cũng như các cụm kim loại lồng trong lồng carbon, bao gồm Ag42+@C60 và Cu42+@C60, sử dụng Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) với phiếm hàm/bộ hàm cơ sở B3LYP/LANL2DZ và DFT phụ thuộc thời gian (TD-DFT). Phân tử C60 bền vững nhất ở nhóm điểm đối xứng nhị thập diện (Ih). Do tính đối xứng cao này, chỉ có bốn mode dao động (đều thuộc biểu diễn bất khả quy T1u) là hoạt động trên phổ hồng ngoại, với các tần số tính toán lần lượt là 537, 574, 1193 và 1483 cm-1. Phân tích điện tử cho thấy sự chuyển mức electron từ HOMO lên LUMO hay LUMO + 1 đều tạo thành 15 trạng thái kích thích singlet bao gồm các trạng thái suy biến bậc 3, 3, 4 và 5, và việc C60 nhận thêm một electron dẫn đến sự giảm đối xứng từ Ih → T → Ci.


Quá trình tối ưu hóa các cụm pha tạp kim loại sau đó cho thấy sự hình thành liên kết giữa lồng carbon và các nguyên tử kim loại. Trong khi Ag42+ nằm tại tâm lồng, cụm Cu42+ lại chiếm vị trí lệch tâm. Đáng chú ý, việc lồng kim loại làm thay đổi đáng kể các tính chất quang học của C60. Trong khi C60 tinh khiết không có dải hấp thụ trong vùng UV-Vis (do các chuyển mức bị cấm), các cụm pha tạp hiển thị các dải hấp thụ rõ rệt - cụ thể là 224, 264 và 355 nm đối với Ag42+@C60, và 250, 327 và 346 nm đối với Cu42+@C60. Nguyên nhân của sự thay đổi này là do sự tham gia của các orbital s và d của kim loại chuyển tiếp vào các chuyển mức π → π* của phân tử fullerene.

Lượt tải xuống

Chưa có dữ liệu tải xuống.

Chi tiết bài viết

Cách trích dẫn
Vũ, B. N., & Ngô, T. C. (2026). Cấu trúc điện tử của Buckminsterfullerene C₆₀ và phổ hấp thụ của các cụm Cu₄²⁺@C₆₀ và Ag₄²⁺@C₆₀. Tạp Chí Khoa học Trường Đại học Phan Thiết, 4(1), 9-36. https://tapchikhoahocupt.vn/index.php/uptjs/article/view/122
Số
Tập 4 Số 1 (2026): Tạp chí Khoa học Trường Đại học Phan Thiết
Chuyên mục
Các bài báo

Tài liệu tham khảo

Acquah, S. F. A., Penkova, A. V., Markelov, D. A., Semisalova, A. S., Leonhardt, B. E., & Magi, J. M. (2017). Review—The beautiful molecule: 30 years of C₆₀ and its derivatives. ECS Journal of Solid State Science and Technology, M3155–M3162.

Alvarez, S. (2013). A cartography of the van der Waals territories. Dalton Transactions, 42, 8617–8636.

Bauernschmitt, R., & Ahlrichs, R. (1996). Treatment of electronic excitations within the adiabatic approximation of time-dependent density functional theory. Chemical Physics Letters, 256, 454–464.

Bayler, A., Schier, A., Bowmaker, G. A., & Schmidbaur, H. (1996). Gold is smaller than silver. Crystal structures of [bis(trimesitylphosphine)gold(I)] and [bis(trimesitylphosphine)silver(I)] tetrafluoroborate. Journal of the American Chemical Society, 118(29), 7006–7007.

Becke, A. D. (1993). Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. Journal of Chemical Physics, 98, 5648–5652.

Biglova, Y. N., & Mustafin, A. G. (2019). Nucleophilic cyclopropanation of [60]fullerene by the addition–elimination mechanism. RSC Advances, 9(39), 22428–22498.

Bondi, A. (1964). van der Waals volumes and radii. Journal of Physical Chemistry, 68(3), 441–451.

Casida, M. E., Jamorski, C., Casida, K. C., & Salahub, D. R. (1998). Molecular excitation energies to high-lying bound states from time-dependent density-functional response theory: Characterization and correction of the time-dependent local density approximation ionization threshold . Journal of Chemical Physics, 108, 4439–4449.

Dhiman, S., Kumar, R. & Dharamvir, K. (2015). DFT study of Cu and Ag clusters inside C₆₀. Journal of Molecular Structure, 1100, 328–337.

Dresselhaus, M. S., Dresselhaus, G., & Eklund, P. C. (1996). Science of fullerenes and carbon nanotubes. Academic Press.

Dunning, T. H., Jr., & Hay, P. J. (1997). Modern theoretical chemistry. In H. F. Schaefer III (Ed.), Modern theoretical chemistry 3, 1–28). Plenum Press.

Frisch, M. J. et al. (2009). Gaussian 09. Gaussian, Inc.

Hamblin, M. R. (2018). Fullerenes as photosensitizers in photodynamic therapy: Pros and cons. Photochemical & Photobiological Sciences, 17(11), 1515–1533.

Hay, P. J., & Wadt, W. R. (1985). Ab initio effective core potentials for molecular calculations—Potentials for the transition-metal atoms Sc to Hg. Journal of Chemical Physics, 82, 270–283.

Hohenberg, P., & Kohn, W. (1964). Inhomogeneous electron gas. Physical Review, 136, B864–B871.

Krätchmer, W., Fostiropoulos, K., & Huffman, D. R. (1990). The infrared and ultraviolet absorption spectra of laboratory-produced carbon dust: Evidence for the presence of the C₆₀ molecule. Chemical Physics Letters, 170, 167–170.

Kroto, H. W., Heath, J. R., O’Brien, S. C., Curl, R. F., & Smalley, R. E. (1985). C60: Buckminsterfullerene. Nature, 318, 162–163.

Liu, Y., Gao, Y., Altalhi, T., Liu, D.-J., & Yakobson, B. I. (2024). A quantum mechanical MP2 study of the electronic effect of nonplanarity on the carbon pyramidalization of fullerene C₆₀. Nanomaterials, 14(19), 1576.

Nikolaev, A. V., & Plakhutin, B. N. (2010). C60 fullerene as a pseudoatom of the icosahedral symmetry. Russian Chemical Reviews, 79, 729–755.

Pei, C., & Wang, L. (2019). Recent progress on high-pressure and high-temperature studies of fullerenes and related materials. Matter and Radiation at Extremes, 4(2), 028201.

Perdew, J. P., Burke, K., & Ernzerhof, M. (1996). Generalized gradient approximation made simple. Physical Review Letters, 77, 3865–3868.

Popov, A. A., Yang, S., & Dunsch, L. (2013). Endohedral fullerenes. Chemical Reviews, 113(8), 5989–6113.

Pyykkö, P., & Atsumi, M. (2009). Molecular single-bond covalent radii for elements 1–118. Chemistry – A European Journal, 15(1), 186–197.

Sundqvist, B. (1999). Fullerenes under high pressures. Advances in Physics, 48(1), 1–134.

Usenko, C. Y., Harper, S. L., & Tanguay, R. L. (2008). Fullerene C60 exposure elicits an oxidative stress response in embryonic zebrafish. Toxicology and Applied Pharmacology, 229(1), 44–55.

Wang, I. C., Tai, L. A., Lee, D. D., Kanakamma, P. P., Shen, C. K.-F., Luh, T.-Y., Cheng, C. H., & Hwang, K. C. (1999). C₆₀ and water-soluble fullerene derivatives as antioxidants against radical-initiated lipid peroxidation. Journal of Medicinal Chemistry, 42(22), 4614–4620.

Wang, H., He, Y., Li, Y., & Su, H. (2012). Photophysical and Electronic Properties of Five PCBM-like C₆₀ Derivatives: Spectral and Quantum Chemical View. J. Phys. Chem. A, 116, 255–262.

Xu, J., Bakker, J. M., Lushchikova, O. V., Lievens, P., Janssens, E., & Hou, G.-L. (2023). Pentagon, hexagon, or bridge? Identifying the location of a single vanadium cation on buckminsterfullerene surface. Journal of the American Chemical Society, 145, 22243–22251.

Yin, J.-J., Lao, F., Fu, P. P., Wamer, W. G., Zhao, Y., Wang, P. C., Qiu, Y., Sun, B., Xing, G., Dong, J., Liang, X.-J., & Chen, C. (2009). Biomaterials, 30(4), 611–621.