DFT studies of COOH tip-functionalized zigzag and armchair single wall carbon nanotubes

Structure and energy calculations of pristine and COOH-modified model single wall carbon nanotubes (SWCNTs) of different length were performed at B3LYP/6-31G* level of theory. From 1 to 9 COOH groups were added at the end of the nanotube. The differences in structure and energetics of partially and fully functionalized SWCNTs at one end of the nanotube are observed. Up to nine COOH groups could be added at one end of (9,0) zigzag SWCNT in case of full functionalization. However, for (5,5) armchair SWCNT, the full functionalization was impossible due to steric crowding and rim deformation. The dependence of substituent attachment energy on the number of substituents at the carbon nanotube rim was observed

OH-functionalized open-ended armchair single-wall carbon nanotubes (SWCNT) studied by density functional theory

The structures of ideal armchair (5,5) single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) of different lengths (3.7, 8.8, and 16.0 Å for C40H20, C80H20, and C140H20) and with 1–10 hydroxyl groups at the end of the nanotube were fully optimized at the B3LYP/3-21G level, and in some cases at the B3LYP/6-31G* level, and the energy associated with the attachment of the OH substituent was determined. The OH-group attachment energy was compared with the OH functionalization of phenanthrene and picene models and with previous results for zigzag (9.0) SWCNT systems. In comparison to zigzag SWCNTs, the armchair form is more (by about 5 to 10 kcal mol−1) reactive toward hydroxylation

Modification of Oligomers and Reinforced Polymeric Composites by Carbon Nanotubes and Ultrasonic

An abridged version of the book chapter is presented in the archive. Full version on the publisher's site: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-26672-1_3Розглядається широке коло питань щодо розроблених напрямів модифікації епоксидних олігомерів і армованих полімерних композитів на їх основі вуглецевими нанотрубками і ультразвуком. Аналізується перспективність створення гібридних полімерних композитів функціонального призначення.This chapter analyzes the physical (in the form of ultrasound) and chemical modification of liquid polymer media and reinforced polymeric composites. The main emphasis is made on the analysis of ultrasonic cavitation processing as the most effective one for solving one of the main technological problems in the production of nanomodified polymer composites

Covalent-bonded graphyne polymers with high hardness

Eight covalent-bonded graphyne polymers have been proposed using the newly developed USPEX and CALYPSO methods based on the first principle calculations. These polymers are energetically more favorable than the corresponding graphyne under ambient pressure, and seven of them are more stable than fullerene C₆₀, indicating their existence possibilities. The mechanical and dynamic stabilities of these crystal structures have been confirmed by calculating their elastic constants and phonon dispersion curves, respectively. The newly developed variable-cell nudged elastic band (VC-NEV) simulations show that the graphyne → polymer transformation exhibits lower energy barrier than the graphite → diamond transformation. Two of the graphyne polymers have been found to be superhard, and the others are hard materials. These graphyne polymers possess tunable electronic properties from metallic to semiconductive.Запропоновано вісім ковалентно-зв’язаних полімерів графана, отриманих за допомогою нещодавно розроблених методів USPEX і CALYPSO, заснованих на розрахунках з перших принципів. Ці полімери енергетично більш вигідні, ніж відповідні графани під атмосферним тиском, і сім з них є більш стабільними, ніж фулерен C₆₀, що вказує на можливість їх існування. Механічна і динамічна стабільність таких кристалічних структур підтверджуються розрахунком їх пружних констант і кривими дисперсії фононів відповідно. Нещодавно здійснене моделювання змінної комірки збудженої пружною зони показало, що перетворення графан → полімер відбувається при більш низькому енергетичному бар’єрі, ніж перетворення графіт → алмаз. Встановлено, що два полімера графана є надтвердими, а інші – твердими матеріалами. Ці полімери графана мають електронні властивості, що змінюються від металічних до напівпровідникових.Предложены восемь ковалентно-связанных полимеров графана, полученных с помощью недавно разработанных методов USPEX и CALYPSO, основанных на расчетах из первых принципов. Эти полимеры энергетически более выгодны, чем соответствующие графаны при атмосферном давлении, и семь из них являются более стабильными, чем фуллерен C₆₀, что указывает на возможность их существования. Механическая и динамическая стабильность таких кристаллических структур подтверждаются расчетом их упругих констант и кривыми дисперсии фононов соответственно. Недавно осуществленное моделирование переменной ячейки возбужденной упругой зоны показало, что превращение графан → полимер происходит при более низком энергетическом барьере, чем превращение графит → алмаз. Установлено, что два полимера графана являются сверхтвердыми, а другие – твердыми материалами. Эти полимеры графана имеют электронные свойства, изменяющиеся от металлических до полупроводниковых

Photocatalytic Activity of Mesoporous Graphitic Carbon Nitride (mpg-C3N4) Towards Organic Chromophores Under UV and VIS Light Illumination

A template-assisted synthetic method including the thermal polycondensation of guanidine hydrochloride (GndCl) was utilized to synthesize highly-organized mesoporous graphitic carbon nitride (mpg-C3N4) photocatalysts. Comprehensive structural analysis of the mpg-C3N4 materials were performed by XPS, XRD, FT-IR, BET and solid-state NMR spectroscopy. Photocatalytic performance of the mpg-C3N4 materials was studied for the photodegradation of several dyes under visible and UV light illumination as a function of catalyst loading and the structure of mpg-C3N4 depending on the polycondensation temperature. Among all of the formerly reported performances in the literature (including the ones for Degussa P25 commercial benchmark), currently synthesized mpg-C3N4 photocatalysts exhibit a significantly superior visible light-induced photocatalytic activity towards rhodamine B (RhB) dye. Enhanced catalytic efficiency could be mainly attributed to the terminated polycondensation process, high specific surface area, and mesoporous structure with a wide pore size distribution