Electronic structure and redox properties of metal nitride endohedral fullerenes M3N@C2n (M = Sc, Y, La, and Gd; 2n = 80, 84, 88, 92, 96)

Chemistry - A European Journal

Volumn 15, Issue 41, 2009, Pages 10997-11009

  Valencia, Ramón ^a   Rodríguez Fortea, Antonio ^a   Clotet, Anna ^a   De Graaf, Coen ^a,b   Chaur, Manuel N ^c   Echegoyen, Luis ^c   Poblet, Josep M ^a  

^a UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI   (Spain)

^b INSTITUCIÓ CATALANA DE RECERCA I ESTUDIS AVANÇATS ICREA   (Spain)

^c CLEMSON UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Density functional calculations; Electrochemistry; Fullerenes; Homo lumo gap; Metal nitride clusters

Indexed keywords

ANODIC BEHAVIOR; CARBON CAGES; CATHODIC POTENTIALS; COMPUTATIONAL CALCULATIONS; COMPUTATIONAL MODEL; DENSITY FUNCTIONAL CALCULATIONS; ELECTROCHEMICAL SEPARATION; ENDOHEDRAL FULLERENE; HOMO-LUMO GAP; METAL NITRIDE CLUSTERS; METAL NITRIDES; REDOX PROPERTY;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY; ELECTROCHEMISTRY; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STRUCTURE; FULLERENES; GADOLINIUM; ISOMERS; METALS; NITRIDES; REFRACTORY METAL COMPOUNDS; SCANDIUM; SCANDIUM COMPOUNDS;

LANTHANUM;

EID: 70350221841     PISSN: 09476539     EISSN: 15213765     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/chem.200900728     Document Type: Article

References (129)

1. Y. Chai, T. Guo, C. M. Jin, R. E. Haufler, L. P. F. Chibante, J. Fure, L. H. Wang, J. M. Alford, R. E. Smalley J Phys. Chem. 1991, 95, 7564-7568.
2. T. Akasaka, S. Nagase, Endofullerenes: A. New Family of Carbon Clusters, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 2002.
3. S. Nagase, K. Kobayashi, T. Akasaka, T. Wakahara in Fullerenes: Chemistry, Physics and Technology (Eds.: K. Kadish, R. S. Ruoff), Wiley, New York, 2000, pp. 395-436.
4. H. Shinohara Rep. Prog. Phys 2000, 63, 843-892.
5. T. Akasaka, S. Nagase, K. Kobayashi, M. Walchli, K. Yamamoto, H. Funasaka, M. Kako, T. Hoshino, T. Erata Angew. Chem. 1997, 109, 1716-1719;
6. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997, 36, 1643-1645;
7. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1997,56, 1643-1645.
8. B. Cao, H. Nikawa, T. Nakahodo, T. Tsuchiya, Y. Maeda, T. Akasaka, H. Sawa, Z. Slanina, N. Mizorogi, S. Nagase J. Am. Chem. Soc. 2008,130,983-989.
9. B. P. Cao, T. Wakahara, T. Tsuchiya, M. Kondo, Y. Maeda, G. M. A. Rahman, T. Akasaka, K. Kobayashi, S. Nagase, K. Yamamoto J. Am Chem. Soc. 2004, 126, 9164-9165.
10. K. Kobayashi, S. Nagase, T. Akasaka Chem. Phys. Lett. 1996, 261, 502-506.
11. Y. Kubozono, Y. Takabayashi, S. Kashino, M. Kondo, T. Wakahara, T. Akasaka, K. Kobayashi, S. Nagase, S. Emura, K. Yamamoto Chem. Phys Lett. 2001,335,163-169.
12. T. Sugai, M. Inakuma, R. Hudgins, P. Dugourd, J. L. Fye, M. F. Jarrold, H. Shinohara J Am. Chem. Soc. 2001,123, 6427-6428.
13. M. Yamada, C. Someya, T. Wakahara, T. Tsuchiya, Y. Maeda, T. Akasaka, K. Yoza, E. Horn, M. T. H. Liu, N. Mizorogi, S. Nagase J. Am. Chem. Soc. 2008, 130,1171-1176.
14. M. Yamada, T. Wakahara, T. Nakahodo, T. Tsuchiya, Y. Maeda, T. Akasaka, K. Yoza, E. Horn, N. Mizorogi, S. Nagase J. Am. Chem. Soc. 2006, 128,1402-1403.
15. S. Yang, L. Dunsch Angew. Chem. 2006, 118, 1321-1324;
16. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 1299-1302;
17. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45,1299-1302.
18. T. M. Zuo, L. S. Xu, C. M. Beavers, M. M. Olmstead, W. J. Fu, D. Crawford, A. L. Balch, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 12992-12997.
19. Y. Iiduka, T. Wakahara, K. Nakajima, T. Nakahodo, T. Tsuchiya, Y. Maeda, T. Akasaka, K. Yoza, M. T. H. Liu, N. Mizorogi, S. Nagase Angew. Chem. 2001,119, 5658-5660;
20. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5562-5564;
21. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5562-5564.
22. T. Inoue, T. Tomiyama, T. Sugai, T. Okazaki, T. Suematsu, N. Fujii, H. Utsumi, K. Nojima, H. Shinohara J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7573-7579.
23. T. Inoue, T. Tomiyama, T. Sugai, H. Shinohara Chem. Phys. Lett. 2003,382,226-231.
24. Y. Liduka, T. Wakahara, T. Nakahodo, T. Tsuchiya, A. Sakuraba, Y. Maeda, T. Akasaka, K. Yoza, E. Horn, T. Kato, M. T. H. Liu, N. Mizorogi, K. Kobayashi, S. Nagase J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12500-12501.
25. E. Nishibori, M. Ishihara, M. Takata, M. Sakata, Y. Ito, T. Inoue, H. Shinohara Chem. Phys. Lett 2006, 433,120-124.
26. E. Nishibori, I. Terauchi, M. Sakata, M. Takata, Y. Ito, T. Sugai, H. Shinohara J. Phys. Chem. B 2006,110,19215-19219.
27. Z. Q. Shi, X. Wu, C. R. Wang, X. Lu, H. Shinohara Angew. Chem. 2006, 118, 2161-2165;
28. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 2107-2111;
29. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45,2107-2111.
30. K. Tan, X. Lu, C.R. Wang J. Phys Chem. B 2006, 110, 11098-11102.
31. C. R. Wang, T. Kai, T. Tomiyama, T. Yoshida, Y. Kobayashi, E. Nishibori, M. Takata, M. Sakata, H. Shinohara Angew. Chem. 2001, 113, 411-413;
32. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 397-399;
33. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 397-399.
34. C. M. Beavers, T. M. Zuo, J. C. Duchamp, K. Harich, H. C. Dorn, M. M. Olmstead, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11352-11353.
35. T. Cai, L. Xu, H. W. Gibson, H. C. Dorn, C. J. Chancellor, M. M. Olmstead, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2007,129,10795-10800.
36. T. Cai, L. S. Xu, M. R. Anderson, Z. X. Ge, T. M. Zuo, X. L. Wang, M. M. Olmstead, A. L. Balch, H. W. Gibson, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2006,128, 8581-8589.
37. C. M. Cardona, A. Kitaygorodskiy, A. Ortiz, M. A. Herranz, L. Echegoyen J. Org. Chem. 2005, 70,5092-5097.
38. M. N. Chaur. F. Melin, J. Ashby, B. Elliott, A. Kumbhar, A. M. Rao, L. Echegoyen Chem. Eur. J. 2008,14, 8213-8219.
39. M. N. Chaur, F. Melin, B. Elliott, A. Kumbhar, A. J. Athans, L. Echegoyen Chem. Eur. J. 2008,14,4594-4599.
40. L. Dunsch, M. Krause, J. Noack, P. Georgi J. Phys. Chem. Solids 2004,65,309-315.
41. E. B. Iezzi, J. C. Duchamp, K. Harich, T. E. Glass, H. M. Lee, M. M. Olmstead, A. L. Balch, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2002, 124,524-525.
42. M. Krause, L. Dunsch ChemPhysChem 2004,5,1445-1449.
43. F. Melin, M. N. Chaur, S. Engmann, B. Elliott, A. Kumbhar, A. J. Äthans, L. Echegoyen Angew. Chem. 2007, 119, 9190-9193;
44. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 9032-9035;
45. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 46, 9032-9035.
46. M. H. Olmstead, A. de Bettencourt-Dias, J. C. Duchamp, S. Stevenson, D. Marciu, H. C. Dorn, A. L. Balch Angew. Chem. 2001, 113, 1263-1265;
47. Angew. Chem. Int. Ed. 2001, 40, 1223-1225;
48. Angew. Chem. Int. Ed. 2001,40,1223-1225.
49. M. M. Olmstead, A. de Bettencourt-Dias, J. C. Duchamp, S. Stevenson, H. C. Dorn, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12220-12226.
50. M. M. Olmstead, H. M. Lee, J.C. Duchamp, S. Stevenson, D. Marciu, H. C. Dorn, A. L. Balch Angew. Chem. 2003, 115, 928-931;
51. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 900-903;
52. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 900-903.
53. S. Stevenson, J. P. Phillips, J. E. Reid, M. M. Olmstead, S. P. Rath, A. L. Balch Chem. Commun. 2004, 2814-2815.
54. S. Stevenson, G. Rice, T. Glass, K. Harich, F. Cromer, M. R. Jordan, J. Craft, E. Hadju, R. Bible, M. M. Olmstead, K. Maitra, A. J. Fisher, A. L. Balch, H. C. Dorn Nature 1999, 401, 55-57.
55. X. L. Wang, T.M. Zuo, M. M. Olmstead, J.C. Duchamp, J.E. Glass, F. Cromer, A. L. Balch, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 8884-8889.
56. S. Yang, L. Dunsch J. Phys. Chem. B 2005, 109, 12320-12328.
57. S. Stevenson, M. A. Mackey, M. A. Stuart, J. P. Phillips, M. L. Easterling, C. J. Chancellor, M. M. Olmstead, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2008,130,11844-11845.
58. P. W Fowler, D E. Manolopoulos, An Atlas of Fullerenes, Oxford University Press, Oxford, 1995.
59. L. Dunsch, S. Yang Small 2007,3,1298-1320.
60. P. P. Fatouros, F. D. Corwin, Z. J. Chen, W. C. Broaddus, J. L. Tatum, B. Kettenmann, Z. Ge, H. W. Gibson, J. L. Russ, A. P. Leonard, J. C. Duchamp, H. G Dorn Radiology 2006,240, 756-764.
61. E. B. Iezzi, J. C. Duchamp, K. R. Fletcher, J. E. Glass, H. C. Dorn Nano Lett. 2002, 2, 1187-1190.
62. M. Mikawa, H. Kato, M. Okumura, M. Narazaki, Y. Kanazawa, N. Miwa, H. Shinohara Bioconjugate Chem. 2001,12, 510-514.
63. J. R. Pinzón, C. M. Cardona, M. A. Herranz, M. E. Plonska-Brzezinska, A. Palkar, A. J. Athans, N. Martín, A. Rodriguez-Fortea, J. M. Poblet, G. Bottari,J. Torres, S. S. Gayathri, D. M. Guldi, L. Echegoyen Chem. Eur. J. 2009,15, 864-877.
64. J. R. Pinzon, M. E. Plonska-Brzezinska, C. M. Cardona, A. J. Athans, S. S. Gayathri, D. M. Guldi, M. A. Herranz, N. Martin, J. Torres, L. Echegoyen Angew. Chem. 2008, 120,4241-4244;
65. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,4173-4176.
66. M. Krause, L. Dunsch Angew. Chem. 2005, 117, 1581-1584;
67. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1557-1560;
68. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44,1557-1560.
69. M. Krause, J. Wong, L. Dunsch Chem. Eur. J. 2005, 11, 706-711.
70. S. Yang, A. A. Popov, L. Dunsch J. Phys. Chem. B 2001, 111, 13659-13663.
71. S. F. Yang, M. Kalbac, A. Popov, L. Dunsch ChemPhysChem 2006, 7,1990-1995.
72. T. Zuo, K. Walker, M. M. Olmstead, F. Melin, B. C. Holloway, L. Echegoyen, H. C. Dorn, M. N. Chaur, C. J. Chancellor, C. M. Beavers, A. L. Balch, A. J. Athans Chem. Commun. 2008, 1067-1069.
73. T. Zuo, C. M. Beavers, J. C. Duchamp, A. Campbell, H. C. Dorn, M. M. Olmstead, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 2035-2043.
74. Z. X. Ge, J. C. Duchamp, T. Cai, H. W. Gibson, H. C. Dorn J. Am Chem. Soc. 2005, 127,16292-16298.
75. H. M. Lee, M. M. Olmstead, E. Iezzi, J. C. Duchamp, H. C. Dorn, A. L. Balch J. Am. Chem. Soc. 2002,124, 3494-3495.
76. T. Cai, C. Slebodnick, L. Xu, K. Harich, T. E. Glass, C. Chancellor, J. C. Fettinger, M. M. Olmstead, A. L. Balch, H. W. Gibson, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6486-6492.
77. C. M. Cardona, A. Kitaygorodskiy, L. Echegoyen J. Am. Chem. Soc. 2005, 127,10448-10453.
78. L. Echegoyen, C.J. Chancellor, CM. Cardona, B. Elliott, J. Rivera, M. M. Olmstead, A. L. Balch Chem. Commun. 2006, 2653-2655.
79. T. Cai, L. Xu, C. Shu, H. A. Champion, J. E. Reid, C. Anklin, M. R. Anderson, H. W. Gibson, H. C. Dorn J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 2136-2137.
80. O. Lukoyanova, C. M. Cardona, J. Rivera, L. Z. Lugo-Morales, C. J. Chancellor, M. M. Olmstead, A. Rodriguez-Fortea, J. M. Poblet, A. L. Balch, L. Echegoyen J Am. Chem. Soc. 2007, 129, 10423-10430.
81. J. M. Campanera, C. Bo, J. M. Poblet Angew. Chem. 2005, 117, 7396-7399;
82. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7230-7233;
83. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 7230-7233.
84. R. Valencia, A. Rodriguez-Fortea, J. M. Poblet Chem. Commun. 2007,4161-4163.
85. A.A. Popov, L. Dunsch J Am. Chem. Soc. 2007, 129, 11835-11849.
86. C. M. Cardona, B. Elliott, L. Echegoyen J Am. Chem. Soc. 2006, 128, 6480-6485.
87. B. Elliott, L. Yu, L. Echegoyen J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10885-10888.
88. M. N. Chaur, F. Melin, B. Elliott, A. J. Athans, K. Walker, B. C. Holloway, L. Echegoyen J Am. Chem. Soc. 2007, 129, 14826-14829.
89. M. N. Chaur, R. Valencia, A. Rodriguez-Fortea, J. M. Poblet, L. Echegoyen Angew. Chem. 2009, 121, 1453-1456;
90. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1425-1428;
91. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 1425-1428.
92. A.A. Popov, L. Dunsch J Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17726-17742.
93. P. Rapta, A. A. Popov, S. Yang, L. Dunsch J. Phys. Chem. A 2008, 112, 5858-5865.
94. J. M. Campanera, C. Bo, M. M. Olmstead, A. L. Balch, J. M. Poblet J. Phys Chem A 2002, 106, 12356-12364.
95. J. C. Duchamp, A. Demortier, K. R. Fletcher, D. Dorn, E. B. Iezzi, T. Glass, H. C. Dorn Chem. Phys. Lett. 2003,375, 655-659.
96. 3v).
97. N. B. Shustova, A. A. Popov, M. A. Mackey, C. E. Coumbe, J. P. Phillips, S. Stevenson, S. H. Strauss, O. V. Boltalina J Am. Chem. Soc. 2007,129,11676-11677.
98. S. Yang, A. Popov, M. Kalbac, L. Dunsch Chem. Eur. J. 2008,14, 2084-2092.
99. S. F. Yang, M. Zalibera, P. Rapta, L. Dunsch Chem. Eur. J. 2006, 12,7848-7855.
100. T. M. Zuo, M. M. Olmstead, C. M. Beavers, A. L. Balch, G. B. Wang, G. T. Yee, C. Y. Shu, L. S. Xu, B. Elliott, L. Echegoyen, J. C. Duchamp, H. C. Dorn Inorg. Chem. 2008,47, 5234-5244.
101. A. Rodriguez-Fortea, J. M. Campanera, C. M. Cardona, L. Echegoyen, J. M. Poblet Angew. Chem. 2006, 118, 8356-8360;
102. Angew. Chem, Int. Ed. 2006,45, 8176-8180.
103. S. F. Yang, A. A. Popov, L. Dunsch Angew. Chem. 2008, 120, 8318-8322;
104. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8196-8200;
105. Angew. Chem. Int. Ed. 2008,47, 8196-8200.
106. 80 have been used.
107. A. Lewis, J. A. Bumpus, D. G. Truhlař, C. J. Cramer J. Chem. Educ. 2004,81, 596-604.
108. J. Wu, F. Hagelberg J. Phys. Chem A 2006, 110, 5901-5908.
109. G. Kresse, X Hafner Phys. Rev. B 1993, 47, 558-561.
110. G. Kresse, J. Hafner Phys. Rev. B 1994, 49,14251-14269.
111. G. Karlstrom, R. Lindh, P. A. Malmqvist, B. O. Roos, U. Ryde, V. Veryazov, P. O. Widmark, M. Cossi, B. Schimmelpfennig, P. Neogrady, L. Seijo Comput. Mater. Sci. 2003, 28, 222-239.
112. Yu.Ralchenko, A. E. Kramida, X Reader, and NIST ASD Team (2008), NIST Atomic Spectra Database (version 3.1.5), [Online]; available from; http://physics.nist.gov/asd3 [November 28, 2008]; National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD.
113. A. A. Popov J. Comput. Theor. Nanosci. 2009,6, 292-317.
114. A. A. Popov, M. Krause, S. F. Yang, J. Wong, L. Dunsch J. Phys. Chem. B 2007, 111, 3363-3369.
115. ADF 2007.01, Department of Theoretical Chemistry; Vrije Universiteit: Amsterdam, 2007.
116. G.T. te Velde, F.M. Bickelhaupt, E.J. Baerends, C.F. Guerra, S. J. A. Van Gisbergen, J. G. Snijders, T. Ziegler J. Comput. Chem. 2001,22,931-967.
117. A. D. Becke Phys. Rev. A 1988,38,3098-3100.
118. J. P. Perdew Phys Rev. B 1986, 33, 8822-8824.
119. J. Andzelm, C. Kolmel, A. Klamt J. Chem. Phys 1995, 103, 9312-9320.
120. A. Klamt, G. Schuurmann J. Chem. Soc. Perkin Trans 2 1993,799-805.
121. C. C. Pye, T. Ziegler Theor. Chem. Acc. 1999, 101, 396-408.
122. J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868.
123. G. Kresse, D. Joubert Phys. Rev. B 1999, 59,1758-1775.
124. H. J. Monkhorst, J. D. Pack Phys. Rev. B 1976,13, 5188-5192.
125. G. Henkelman, A. Arnaldsson, H. Jonsson Comput. Mater. Sci. 2006, 56, 354-360.
126. E. Sanville, S.D. Kenny, R. Smith, G. Henkelman J. Comput. Chem. 2007,28, 899-908.
127. W. Tang, E. Sanville, G. Henkelman J. Phys. Condens. Matter 2009, 21, 084204.
128. B. O. Roos, R. Lindh, P. A. Malmqvist, V. Veryazov, P. O. Widmark, A. C. Borin J. Phys. Chem. A 2008, 112,11431-11435.
129. M. Doig, H. Stoll, A. Savin, H. Preuss Theor. Chim. Acta 1989, 75, 173-194.