Ortelius classification: Optical and dielectric properties
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Experimental Solid State Physics Department (Wigner Research Centre for Physics)
Participants
Matus, Péter Pekker, Áron Pekker, Sándor Pergerné Klupp, Gyöngyi
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-12-31
Funding (in million HUF)
6.506
FTE (full time equivalent)
7.20
state
closed project
Summary in Hungarian
A pályázat célja fullerének polimerizációs reakcióinak és az ezekből előállított fullerén polimereknek a jellemzése optikai (elsősorban rezgési) és NMR spektroszkópiai módszerekkel. A fullerének polimerizációja fény vagy elektrontranszfer hatására történhet, és különböző (egy- vagy kétdimenziós) szerkezeteket eredményezhet, amiken belül az intermolekuláris kötések is igen változatosak lehetnek. A rezgési spektroszkópia ezeknek a kötéseknek a jellemzésére képes a szimmetriaváltozások alapján, valamint jellemzi a molekula töltésállapotát is. Szélesebb tartományban végzett optikai mérések az elektronszerkezetet (fémes vagy szigetelő) jellemzik, az NMR spektroszkópia pedig lokális információt ad mind a fullerénmolekulák, mind a fémionok elektronállapotáról. A polimerizációs reakciók vizsgálatát ki kívánjuk terjeszteni szén nanocsövek belsejében lezajló reakciókra, ahol a térbeli megszorítások a reakciók módosulását eredményezhetik.
A vizsgálni kívánt rendszerek: kétdimenziós réteget alkotó lítium-, illetve magnézium fullerid polimerek, fullerén fotopolimer szétválasztásával létrejövő kisebb oligomer egységek, nanocsövekben lejátszódó töltésátadási vagy fotopolimerizáció eredményeképpen létrejött rendszerek, illetve fullerének és más szerves molekulák kopolimerei szén nanocsövek belsejében.
Kutatásaink eredményeit magas impakt faktorú nemzetközi folyóiratokban és konferenciákon kívánjuk ismertetni.
Summary
The main topic of the proposal is the characterization of polymerization reactions of fullerenes and the fullerene polymers resulting from these reactions by optical (mainly vibrational) and NMR spectroscopy. Polymerization of fullerenes can happen on electron transfer or on illumination, and can result in various one- or two-dimensional structures, which may contain a wide variety of bonding patterns. Vibrational spectroscopy can characterize these patterns, based on symmetry changes of the fullerene balls, and it also gives information on the charge of the molecule. Wide-range optical studies reflect the electronic structure (metal or insulator), while NMR spectroscopy yields local information on the electronic states of both the fullerene molecules and the metal ions. We would like to extend the study of polymerization reactions to those happening inside carbon nanotubes, where the steric restrictions can lead to modifications of the reactions mechanisms and the products compared to the bulk.
Systems to be investigated are: two-dimensional lithium and magnesium fulleride polymers, smaoll oligomers produced by the separation of fullerene photopolymers, systems produced by charge- or light-induced polymerization reactions inside nanotubes, as well as copolymerization products of fullerenes and other organic molecules inside nanotubes.
We plan to publish our results in high-impact international journals and international conferences.
Final report
Results in Hungarian
Háromfajta szén nanoszerkezettel foglalkoztunk: fullerének és fulleridsók, szén nanocsövek, valamint szén nanocsövek és szerves molekulák alkotta hibrid rendszerek.
Az első csoportba tartozó anyagokat hőmérséklet- és nyomásfüggő rezgési spektroszkópiával vizsgáltuk, és kimutattuk a molekuláris jellemzők és a kristályok makroszkopikus tulajdonságai közti összefüggéseket. A mikroszkopikus effektusok a molekulák közti polimerizációs reakció követése (C70), molekuláris Jahn-Teller torzulás (tetrafenil-foszfónium-C60), valamint Mott-lokalizáció által okozott elektronkorreláció és Jahn-Teller effektus kombinációja (Cs3C60).
Szén nanocsövek széles sávú optikai spektrumából az elektronszerkezetre, nagy érzékenységgel mért infravörös spektrumukból a csövek rezgési módusaira következtettünk. Mivel különböző átmérőjű csövekből álló mintasorozatokat vizsgáltunk, meg tudtuk állapítani ezeknek a mennyiségeknek a csövek geometriájától való függését.
Szén nanocső-szerves molekula hibridek kötési állapotát infravörös és optikai spektroszkópia segítségével határoztuk meg.
Eredményeinket nemzetközi folyóiratokban publikáltuk, ezek közül legfontosabbak két Physical Review B, két Journal of Physical Chemistry C, egy Journal of Applied Physics, egy Journal of Physical Chemistry Letters, egy Nature Communications folyóiratcikk, továbbá hét meghívott előadás nemzetközi konferenciákon.
Results in English
We investigated three types of carbon nanostructures: fullerenes and fulleride salts, carbon nanotubes and hybrid systems composed of carbon nanotubes and organic molecules.
Materials belonging to the first group were studied by temperature- and pressure-dependent vibrational spectroscopy, and determined the relationship between molecular features and macroscopic crystal properties. Such microscopic effects are molecular polimerization reactions (C70), molecular Jahn-Teller distortion (tetraphenylphosphonium-C60), and the combination of electron correlations due to Mott localization and the Jahn-Teller effect (Cs3C60).
From the wide-range optical spectra of carbon nanotubes we could determine the electronic structure, and from measuring their infrared spectra with high sensitivity, their vibrational modes. Having studied series of samples with different tube diameter, the dependence of these quantities on the geometry of the tubes could be established.
The bonding configuration in carbon nanotube-organic molecule hybrids was determined by infrared and optical spectroscopy as well.
Our results were published in international journals, of which the most important are four papers in Physical Review B, two in Journal of Physical Chemistry, one in Science and one in Nature Materials, in addition to seven invited lectures at international conferences.
