Chemistry and catalysis advances in organometallic chemistry and catalysis


Download 11.05 Mb.
Pdf ko'rish
bet75/115
Sana23.06.2017
Hajmi11.05 Mb.
#9613
1   ...   71   72   73   74   75   76   77   78   ...   115

Figure 33.10

Multibranched amorphous carbon nanostructure showing a spherical core with darker contrast (marked by an arrow), from

where the lobes emerge. Reprinted from Reference 27c. Copyright 2005, with permission from Elsevier.


454

THE ROLE OF ORGANOMETALLIC COMPLEXES IN THE SYNTHESIS OF SHAPED CARBON MATERIALS

(a)

(b)


10.0 nm

6.00 nm


Figure 33.11

Bamboo structures of CNTs obtained from the pyrolysis of toluene and ferrocene in the presence of 8% diethylamine [22].

Reprinted from Reference 22a. Copyright 2010, with permission from Elsevier.

(XPS). The presence of nitrogen also leads to the modified chemical behavior of the SCMs. Typically, nitrogen addition can

also be achieved by using a N atom which is part of a ligand attached to the catalyst. The synthesis of bamboo-shaped tubular

structures is usually performed using the CVD method. The synthesis can also be achieved by using a volatile C source that

contains N (e.g., acetonitrile) [23]. Other common N sources include pyridine, melamine, benzylamine, etc. [6, 23].

Bamboo shapes were recently produced by a nebulized floating catalyst method using a mixture of toluene and nitrogen-

containing reagents (e.g., aniline, benzylamine) by changing the ratio of the reactants [22]. This is a suitable method for

controlling the bamboo compartments inside the tube axis as well as their lengths and diameters. Vertically aligned bamboo

structures were recently grown on iron NPs deposited on silicon substrates by thermal decomposition of methane/ammonia

and acetylene/ammonia mixtures at 900–1100

C [39]. CNTs doped with a range of N concentrations of 0–10 at% were



prepared via a floating catalyst CVD method using FcH, NH

3

, or pyridine and xylene [39]. The pyridinic-like fraction



selectively increased from 0.0 to 4.5 at% as the N content in the reaction increased [39]. At higher N contents, the tubes

are highly constricted.

A recent study reported the formation of bamboo nanostructures with different morphologies from turpentine oil by the

aerosol route at 1000

C. FcH was used as a catalyst source and sulfur as a promoter [40]. These structures have sharp tips,



bamboo shapes, open ends, hemispherical caps, pipe-like morphology, and metal particles trapped inside the wide hollow

cores.


CONCLUSION

455

33.6.5

Coiled Carbons

A beautiful example of the synthesis of coiled carbons made by using Fe(CO)

5

has been reported by Hou et al. [30]. In



that study, the authors found that coiling was influenced by the carbon source (toluene, pyridine). Surprisingly no N-doped

coils were observed when pyridine was used as reactant. Many types of helical carbons are known and are formed by the

floating catalyst route either by the catalytic pyrolysis of polyethylene or through the use of tin and indium catalysts [30].

33.6.6

Amorphous Carbons

Recent studies on the crystallization behavior of amorphous CNTs annealed at high temperatures demonstrated that the

microstructure of the CNTs (prepared by the floating catalyst route) have an amorphous character [27]. The tubes have finite

dimensions and tube-like shapes, and their crystallization behavior is found to be completely different from bulk amorphous

carbons. This unique type of SCM can also be made in a confined space at autogenic pressure and at a low temperature

using FcH as a catalyst, benzene as carbon source, thiophene as additive, and H

2

as the atmosphere [27]. The self-catalyzed



decomposition of FcH/benzene at a low temperature (

<210

C) gave long, amorphous CNT bundles and nanoribbons. This



is the first paper to report nanotube bundles and nanoribbons composed of pure amorphous carbon.

33.6.7

Spherical Carbons

CSs (Fig. 33.5) are often observed when attempts to make CNTs are performed at high temperatures. It is not clear whether

the catalyst plays any role in their synthesis [26] (Fig. 33.12). However, hollow carbon spheres (HCSs) do require the

interaction of a catalyst as a template.

HCSs with smooth single shells, deformed single shells, double shells, and N-doped shells have been prepared using

silica templates and FcH/benzene mixtures via the CVD process. The morphology of the HCSs was found to depend on the

CVD reaction time and temperature. Results showed that relatively large silica spheres favored the formation of HCSs with

a very smooth surface. However, a short CVD time led to a thin carbon shell and deformed HCSs [25]. Spherical carbons

(solid and hollow) with a spongy appearance and controlled sizes were produced by CVD from camphor and FcH. The

spheres were seen to be fused and interconnected [25].

Core–shell carbons can also be produced by floating catalysts. For example, a picric-acid-detonation-induced pyrolysis

of FcH or Fe(CO)

5

gave carbon-encapsulated Fe NPs (5–20 nm) [29]. The reaction is characterized by a self-heating and



extremely fast process. Tubular structures are formed at a high C/Fe ratio in this reaction. The pyrolysis of metallocenes such

as FcH, cobaltocene, or nickelocene is known to yield CNTs and metal-filled onion-like structures [21]. The wall thickness

(diameter) is controlled by the FcH content. Carbons onions have been synthesized in a CVD reactor at a temperature of

900


C using Fe

3

(CO)


12

as the catalyst under an Ar/O

2

atmosphere [29].



33.6.8

Other Shapes

Leaf-like carbon sheets were obtained by the pyrolysis of dichloromethane and FcH in an autoclave at 300–600

C [41]. The



formation process was studied by observing the product evolution utilizing the real-time imaging capabilities of emission

SEM. The study also reported the synthesis of different carbon nanostructures by the chlorination of FcH at different

temperature conditions; the products included amorphous CNTs, open-ended branches, and carbon nanobags [41] (Fig. 33.13).

A straightforward method for the preparation of novel CNTs/iron nanoparticle hybrids, amorphous carbon, T- or Y-

junctions with some degree of shape control was reported [42, 43]. This was done by either the thermolysis CTP/FcH

mixtures in a CVD reactor [42] or FcH/thiophene mixtures in a closed steel vessel [43].

In summary, FcH and Fe(CO)

5

have been shown to produce a wide range of carbons with different structures. In addition



to the reaction temperatures and gas flow rates, which play important roles in the formation of different carbon nanostructures,

the Fe/carbon ratios, the amount of Fe used, and even the use of additives and metal cocatalysts are also important synthesis

parameters.

33.7

CONCLUSION

The objective of this chapter was not to give a comprehensive review of organometallic catalysts that had been used to

make structured carbon materials or a discussion of the range of structured carbon materials that have been formed from


456

THE ROLE OF ORGANOMETALLIC COMPLEXES IN THE SYNTHESIS OF SHAPED CARBON MATERIALS

0

400 450 500 550



Diameter of CMBs (nm)

600 650 700

5

10

15



20

25

30



35

40

Percentage (%)



0

5

10



15

20

25



30

35

Percentage (%)



Percentage (%)

Percentage (%)

200

0

5



10

15

20



25

30

300 400 500



Diameter (nm)

Diameter of VGCFs (nm)

Diameter (nm)

600 700 800 900

500 600 700 800 900 1000 1100 1200

60

0



10

20

30



40

50

80



100

120


140

160


NONE

SEI


10.0kV X10,000

WD 6.2mm


1

μm

NONE


SEI

10.0kV X10,000

WD 6.2mm

1

μm

NONE

SEI


10.0kV X10,000

WD 6.3mm


1

μm

NONE


SEI

10.0kV X10,000

WD 8.5mm

1

μm

(a)

(c)


(d)

(b)


Figure 33.12

FE-SEM images of the products of the pyrolysis of CTP–ferrocene mixtures with ferrocene (a) 0, (b) 5, (c) 10, and

(d) 20 wt% in the reaction zone. Reprinted from Reference 42. Copyright 2007, with permission from Elsevier.

5

μm



μm

5



μm

2

μm



2

μm

2



μm

1

μm



(a)

(b)


(c)

(d)


(e)

(f)


(g)

Figure 33.13

FSEM images of leaf structures grown from FcH at different temperatures. Reprinted from Reference 40. Copyright 2010,

with permission from Elsevier.


REFERENCES

457

organometallic catalysts. Rather, the objective was to indicate the role that organometallic complexes can play and have

played in making “carbon materials with shape”. This type of study is still in its infancy. Much effort will be required in

future to generate appropriate catalysts from metal organometallic precursors that will lead to an understanding of the mode

of C–C growth on the metal particles.

ACKNOWLEDGMENTS

The authors wish to thank the University of the Witwatersrand, the DST/NRF Centre of Excellence in Strong Materials,

and the NRF for financial support. They also wish to acknowledge the many postgraduate and postdoctoral fellows in the

group who have assisted in the studies that have led to this paper.



REFERENCES

1. Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O’Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. Nature 1985318 , 162.

2. Kr¨atschmer, W.; Fostiropoulos, K.; Huffman, D. R. Chem. Phys. Lett. 1990170 , 167.

3. Iijima, S. Nature 1991354 , 56.

4. Davis, W. R.; Slawson, R. J.; Rigby, G. R. Nature 1953171 , 756.

5. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 183.

6. (a) Ewels, C. P.; Glerup, M. J. Nanosci. Nanotechnol. 2005, 1345 (b) Nxumalo, E. N.; Coville, N. J. Materials 2010, 2141; (c)

Ayala, P.; Arenal, R.; R¨ummeli, M.; Rubio, A.; Pichler, T. Carbon 201048 (3), 575.

7. (a) Shaikjee, A.; Coville, N. J. Carbon 201250 , 1099–1110; (b) Shaikjee, A.; Coville, N. J. Carbon 201250 , 3376.

8. (a) Nyamori, V. O.; Mhlanga, S. D.; Coville, N. J. J. Organomet. Chem.2008693 , 2205; (b) Govindaraj, A.; Rao, C. N. R.,



Pure Appl. Chem. 200274 , 1571; (c) A. Huczko, Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 200274 , 617; (d) Mondal, K.; Coville, N. J.

Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology; Nalwa H. S., ed., 2011, Vol. 14; p 161, American Scientific Publishers, USA.

9. Tessonier, J. P.; Su, D. S. ChemSusChem2011, 824.

10. Nikolaev, P. J. Nanosci. Nanotechnol. 2004, 307.

11. (a) Deshmukh, A. A.; Mhlanga, S. D.; Coville, N. J. Mater. Sci. Eng. 201070 , 1; (b) Coville, N. J.; Mhlanga, S. D.; Nxumalo, E.

N.; Shaikjee, A. S. Afr. J. Sci. 2011107 , 44.

12. (a) Ajima, K.; Yudasaka, M.; Murakami, T.; Maigne, A.; Shiba, K.; Iijima, S. Mol. Pharm. 2005, 475; (b) Ma, Y.; Hu, Z.; Huo,

K.; Lu, Y.; Hu, Y.; Liu, Y.; Hu, J.; Chen, Y. Carbon 200543 , 1667.

13. (a) Kawaguchi, M.; Nozaki, K.; Motojima, S.; Iwanaga, H. J. Cryst. Growth. 1992118 , 309; (b) Fejes, D.; Hernadi, K. Materials



2010, 2618; (c) Shaikjee, A.; Coville, N. J. J. Adv. Res. 2012, 195.

14. Hanson, P. L.; Wagner, J. B.; Helveg, S.; Rostrup-Nielsen, J. R.; Clausen, B. S.; Topsøe, H. Science 2002295 , 2053.

15. Tibbetts, G. G.; Bernardo, C. A.; Gorkiewicz, D. W.; Alig, R. L. Carbon 199432 , 569.

16. Young, D. J.; Zhang, J.; Geers, C.; Schutze, M. Mater. Corros. 201162 , 7.

17. Helveg, S.; Sehested, J.; Rostrup-Nielsen, J. R. Catal. Today 2011178 , 42.

18. (a) Liu, J.; Lam, J. W. Y.; Tang, B. Z. Chem. Rev. 2009109 , 5799; (b) Plata, D. L.; Meshot, E. R.; Reddy, C. M.; Hart, A. J.;

Gschwend, P. M. ACS Nano 2010, 7185.

19. Cao, A. Y.; Zhang, X. F.; Wei, J. Q.; Li, Y. H.; Xu, C. L.; Liang, J.; Wu, D. H.; Wei, B. Q. J. Phys. Chem. B 2001105 , 11937.

20. (a) Tibbetts, G. G.; Gorkiewicz, D. W. Carbon 200931 , 809; (b) Barreiro, A.; Kramberger, C.; Rummeli, M. H.; Gruneis, A.;

Grimm, D.; Hampel, S.; Gemming, T.; Buchner, B.; Bachtold, A.; Pichler, T. Carbon 200745 , 55; (c) Barreiro, A.; Hampel, S.;

Rummeli, M. H.; Kramberger, C.; Gruneis, A.; Biedermann, K.; Leonhardt, A.; Gemming, T.; Buchner, B.; Bachtold, A.; Pichler, T.

J. Phys. Chem. B 2006110 , 20973; (d) Lee D. C.; Mikule, F. V.; Korgel, B. A. J. Am. Chem. Soc. 200415 , 4951.

21. (a) Nyamori, V. O.; Coville, N. J. Organomet. Chem. 200726 , 4083; (b) Hou, H.; Schaper, A. K.; Weller, F.; Greiner, A. Chem.



Mater. 200214 , 3990; (c) Liu, H.; Cheng, G.; Zheng, R.; Liang, C. Diamond Relat. Mat. 200817 , 313; (d) Andrews, R.; Jacques,

D.; Rao, A. M.; Derbyshire, F.; Qian, D.; Fan, X.; Dickey, E. C.; Chen, J. Chem. Phys. Lett. 1999303 , 467; (e) Mohlala, M. S.;

Liu, X.-Y.; Coville, N. J. J. Organomet. Chem. 2006691 , 4768; (f) Merchan-Merchan, W.; Saveliev, A. V.; Kennedy, L.; Jimenez,

W. C. Prog. Energy Combust. Sci. 201036 , 696; (g) Dichiara, A.; Bai, J. Diamond Relat. Mater. 201229 , 52; (h) Atiyah, M. R.;

Awang Biak, D. R.; Ahmadun, F.; Ahamad, I. S.; Mohd Yasin, F.; Mohamed Yusoff, H. J. Mater. Sci. Technol.201127 , 296.

22. (a) Nxumalo, E. N.; Letsoala, P. G.; Cele, L. M.; Coville, N. J. J. Organomet. Chem. 2010695 , 2596; (b) Han, W.; Kohler-Redlich,

P.; Seeger, T.; Ernst, F.; Ruhle, M.; Grobert, N.; Hsu, W.-K.; Chang, B.-H.; Zhu, Y.-Q.; Kroto, H. W.; Walton, D. R. M.; Terrones,

M.; Terrones, H. Appl. Phys. Lett. 200077 , 1807; (c) Nxumalo, E. N.; Nyamori, V. O.; Coville N. J. J. Organomet. Chem. 2008,



693 , 2942.

458

THE ROLE OF ORGANOMETALLIC COMPLEXES IN THE SYNTHESIS OF SHAPED CARBON MATERIALS

23. (a) Yadav, R. M.; Dobal, P. S.; Shripathi, T.; Katiyar, R. S.; Srivastava, O. N.; Nanoscale Res. Lett. 2009, 197; (b) Villalpando-Paez,

F.; Zamudio, A.; Elias, A. L.; Son, H.; Barros, E. B.; Chou, S. G.; Kim, Y. A.; Muramatsu, H.; Hayashi, T.; Kong, J.; Terrones, H.;

Dresselhaus, G.; Endo, M.; Terrones, M.; Dresselhaus, M. S. Chem. Phys. Lett. 2006424 , 345; (c) Terrones, M.; Grobert, N.; Terrones,

H. Carbon 200240 , 1665; (d)Cruz-Silva, E.; Cullen, D. A.; Gu, L; Romo-Herrera, J. M.; Mu˜noz-Sandoval, E.; L´opez-Ur´ıas, F.;

Sumpter, B. G.; Meunier, V.; Charlier, J.-C.; Smith, D. J.; Terrones, H.; Terrones, M. ACS Nano 2008, 441.

24. (a) Ci, L.; Li, Y.; Wei, B.; Liang, J.; Xu, C.; Wu, D. Carbon 200038 , 1933; (b) Kato, T.; Kusakabe, K.; Morooka, S. J. Mat. Sci.



Lett. 199211 , 674.

25. (a) Su, F.; Zhao, X. S.; Wang, Y.; Wang, L.; Lee, J. Y. J. Mater. Chem. 200616 , 44139; (b) Sharon, M.; Mukhopadhyay, K.; Yase,

K.; Iijima, S.; Ando, Y.; Zhao, X. Carbon 199836 , 507; (c) Zou, G.; Yu, D.; Lu, J.; Wang, D.; Jiang, C.; Qian, Y. Solid State

Commun. 2004131 , 749.

26. Liu, X.-Y.; Huang, B.-C.; Coville, N. J. Carbon 200240 , 2791.

27. (a) Ci, L.; Wei, B.; Xu, C.; Liang, J.; Wu, D.; Xie, S.; Zhou, W.; Li, Y.; Liu, Z.; Tang, D. J. Cryst. Growth 2001233 , 823; (b)

Luo, T.; Chen, L.; Bao, K.; Yu, W.; Qian, Y. Carbon 200644 , 2844; (c) Urones-Garrote, E.; ´

Avila-Brande, D.; Katcho, N. A.;

G´omez-Herrero, A.; Landa-C´anovas, A. R.; Otero-D´ıaz, L. C. Carbon 200543 , 978.

28. Deepak, F. L.; Govindaraj, A.; Rao, C. N. R. Chem. Phys. Lett. 2001345 , 5.

29. (a) Lu, Y.; Zhu, Z.; Liu, Z. Carbon 200543 , 369; (b) Schnitzler, M. C.; Oliveira, M. M.; Ugarte, D.; Zarbin, A. J. G. Chem. Phys.



Lett. 2003381 , 541; (c) Sano, N.; Akazawa, H.; Kikuchi, T.; Kanki, T. Carbon 200341 , 2159.

30. (a) Hou, H.; Jun, Z.; Weller, F.; Greiner, A. Chem. Mater. 200315 , 3170; (b) Daraio, C.; Nesterenko, V. F.; Jin, S. J. Appl. Phys.



2006100 , 0643091; (c) Kong, Q.; Zhang, J. Polym. Degrad. Stab. 200792 , 2005; (d) Wang, W.; Yang, K.; Gaillard, J.; Bandaru,

P. R.; Rao, A. M. Adv. Mater. 200820 , 179.

31. (a) Moisala, A.; Nasibulin, A. G.; Brown, D. P.; Jiang, H.; Khriachtchev, L.; Kauppinen, E. I. Chem. Eng. Sci. 200661 , 4393. (b)

Anisimov, A. S.; Nasibulin, A. G.; Jiang, H.; Launois, P.; Cambedouzou, J.; Shandakov, S. D.; Kauppinen, E. I. Carbon 201048 ,

380.

32. Awasthi, K.; Kumar, R.; Raghubanshi, H.; Awasthi, S.; Pandey, R.; Singh, D.; Yadav, T. P.; Srivastava, O. N. Bull. Mat. Sci. 2011,



34 , 607.

33. (a) Zaj´ıckov´a, L.; Jaˇsek, O.; Synek, P.; Eli´aˇs, M.; Kudrle, V.; Kadlec´ıkov´a, M.; Breza, J.; Hanzl´ıkov´a, R. Appl. Surf. Sci. 2009255 ,

5421; (b) Kuo, C.-S.; Bai, A.; Huang, C.-M.; Li, Y.-Y.; Hu, C.-C.; Chen, C.-C. Carbon 200543 , 2760; (c) Castillejos E.; Bachiller-

Baez, B.; P´erez-Cadenas, M.; Gallegos-Suarez, E.; Rodr´ıguez-Ramos, I.; Guerrero-Ruiz, A.; Tamargo-Martinez, K.; Martinez-Alonso,

A.; Tasc´on, J. M. D. J. Alloys Comp. 2012536S , S460; (d) Harris, J. D.; Raffaelle, R. P.; Gennett, T.; Landie, B. J.; Hepp, A. F. J.

Mater. Sci. Eng. B 2005

116 , 369; (e) Edgar, K., Spencer, J. L. Curr. Appl. Phys. 2004, 121.

34. (a) Dumitrache, F.; Morjan, I.; Alexandrescu, R.; Ciupina, V.; Prodan G.; Voicu, I.; Fleaca, C.; Albu, L.; Savoiu, M.; Sandu, I.;

Popovici, E.; Soare, I. Appl. Surf. Sci. 2005247 , 25; (b) Dumitrache, F.; Morjan, I.; Alexandrescu, R.; Morjan, R. E.; Voicu, I.;

Sandu, I.; Soare, I.; Ploscaru, M.; Fleaca, C.; Ciupina, V.; Prodan, G.; Rand, B.; Brydson, R.; Westwood, A. Diamond Relat. Mater.

200413 , 362.

35. Bai, S.; Li, F.; Yang, Q. H.; Cheng, H. M.; Bai, J. B. Chem. Phys. Lett. 2003376 , 83.

36. (a) Horvath, Z. E.; Kertesz, K.; Petho, L.; Koos, A. A.; Tapaszto, L.; Vertesy, Z.; Osvath, Z.; Darabont, A.; Nemes-Incze, P.; Sarkozi,

Z.; Biro, L. P. Curr. Appl. Phys. 2006, 135; (b) Mohlala, M. S.; Liu, X.-Y.; Robinson, J. M.; Coville, N. J. Organomet. Chem.



200524 , 972.

37. Satishkumar, B. C.; Thomas, P. J.; Govindaraj, A.; Rao, C. N. R. Appl. Phys. Lett. 200077 , 2530.

38. Rao, C. N. R.; Govindaraj, A. Acc. Chem. Res. 200235 , 998.

39. (a) Jang, J. W.; Lee, C. E.; Lyu, S. C.; Lee, T. J.; Lee, C. J. Appl. Phys. Lett. 200484 , 2877; (b) Maldonado, S.; Morin, S.; Stevenson,

K. J. Carbon 200644 , 1429.

40. Ghosh, P.; Soga, T.; Ghosh, K.; Afre R.A.; Jimbo, T.; Ando, Y. J. Non-Crys. Solids 2008354 , 4101.

41. Ju, Z.; Wang, T.; Wang, L.; Xing, Z.; Xu, L.; Qian, Y. Carbon 201048 , 3420.

42. Liu, X.; Yang, Y.; Ji, W.; Liu, H.; Zhang, C.; Xu, B. Mater. Chem. Phys. 2007104 , 320.

43. Liu, S.; Wehmschulte, R. J. Carbon 200543 , 1550.


34

METAL CATALYSIS IN FULLERENE CHEMISTRY

Salvatore Filippone, Enrique E. Maroto, and ´

Angel Mart´ın-Domenech

Departamento de Qu´ımica Org´anica I, Universidad Complutense, Madrid, Spain

Nazario Mart´ın*



Departamento de Qu´ımica Org´anica I, Universidad Complutense, Madrid, Spain; IMDEA Nanoscience, Madrid, Spain

34.1

INTRODUCTION TO FULLERENES

The discovery of the soccer-ball-shaped C

60

molecule as the third allotrope of carbon by Robert F. Curl, Sir Harold W. Kroto,



and the late Richard E. Smalley in 1985 brought a new and unprecedented nanoform of molecular carbon, unlike the reticular

diamond and graphite allotropes, and emerged as a new material exhibiting unique properties [1]. Soon afterwards, a major

breakthrough in fullerene science occurred in 1990, when Wolfgang Kr¨atschmer and Donald Huffman, two astrophysicists,

prepared fullerene C

60

from a carbon arc in multigram amounts, thus paving the way to the chemical functionalization



of fullerenes and, therefore, to the synthesis of new and sophisticated fullerene architectures. It was in 1991 that Iijima

achieved another major development in fullerene science with the discovery of multiwalled [2] and single-walled [3, 4]

carbon nanotubes. More recently, another intriguing carbon-based material, named graphene [5], the thinnest and strongest

material reported so far and formed by one-atom-thick flat sheet of carbon, has provoked great excitement in the scientific

community due to the singular properties they exhibit (Fig. 34.1). Important landmarks in carbon nanostructure science

occurred in 1996 when fullerenes’ discoverers were awarded the Nobel Prize in Chemistry and in 2010 when Andr´e K.

Geim and Konstantin S. Novoselov received the Nobel Prize in Physics for the discovery of graphenes.

However, the figure of carbon nanoforms is significantly larger than mentioned above, and other less explored nanoforms

such as nanohorns, nanoonions, nanotorus, nanobuds, nanocups, and peapods. are only some of the possible presentations of

carbon whose properties and chemical reactivity are quite unknown so far [6]. Furthermore, fullerenes have been skillfully

combined with other elements in their inner space, affording the large and fruitful family of endohedral fullerenes or

endofullerenes, which contain an atom, molecule, or cluster in their inner cavity [7].

An intriguing question, however, is, why among the many possible cages that can be formed with carbon atoms, that

containing 60 atoms is the favored one? Furthermore, since all fullerenes C



n

are constituted by hexagons (n

≥ 20 with the

exception of n

= 22) and pentagons (12 for all fullerene cages, which are responsible for the curved geometry), why, among

the 1812 possible isomers for 60 carbon atoms, was only the icosahedral symmetry I



h

C

60



molecule (soccer-ball shape)

formed?


These intriguing questions were answered by Kroto, who proposed that the local strain increases with the number of bonds

shared by two pentagons (pentalene unit), thus affording less stable molecules. This rule was coined as the “isolated pentagon

rule” (IPR), which states that all pentagons must be surrounded by hexagons, thus forming the corannulene moiety [8].

Advances in Organometallic Chemistry and Catalysis: The Silver/Gold Jubilee International Conference on Organometallic Chemistry Celebratory Book,

First Edition. Edited by Armando J. L. Pombeiro.

© 2014 John Wiley & Sons, Inc. Published 2014 by John Wiley & Sons, Inc.


Download 11.05 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   71   72   73   74   75   76   77   78   ...   115




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling