Journal of the Korean Chemical Society (대한화학회지)

Korean Chemical Society (대한화학회)
권호 표지

Relative Stability, Ionization Potential, and Chemical Reactivity of the Neutral and Multiply Charged $C_{60}$

중성과 다중 전하를 가진 $C_{60}$의 상대적 안정도, 이온화 에너지 및 화학 반응성

  • 성용길 (동국대학교 이과대학 화학과) ;
  • 손만식 (미주리 주립대학 화학과)
  • Published : 19970300
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Abstract

On the basis of our previous paper[Bull. Korean Chem. Soc. 1995, 16, 1015], the relative stability, ionization potential, and chemical reaction of the neutral and multiply charged $C_{60}$n ions(n=3+ to 6-) have been investigated by the semi-empirical MNDO method. $C_{60}^{1-}$ has the highest stability. The ionization potential values of the $C_{60}$ ions range from 15.31 eV of $C_{60}^{2+}$ to -13.01 eV of $C_{60}^{6-}$. These values show a linear relationship according to charges. The average IP per charge is 3.15 eV from our calculations and 3.22 eV from the linear function of IP. A charge- or electron-transfer reaction of $C_{60}^{n+}$ will only occur if the ionization potential of any guest molecule is lower than the electron affinity of the host $C_{60}^{n+}$. If the energy gap between ionization potential and electron affinity, ${\Delta}_{IP-EA}$, is high, charge-transfer reactions arise by the charge-controlled effect. However, if ${\Delta}_{IP-EA}$ is low, electron-transfer reactions arise by the frontier-controlled effect.

전편[Bull. Korean Chem. Soc. 1995, 16, 1015]에 기초하여 중성과 다중 전하를 가진 $C_{60}$이온에 대하여 상대적 안정도, 이온화 에너지 및 화학 반응성을 연구하였다. $C_{60}^{1-}$이 가장 안정하며, 이온화 에너지는 15.31 eV($C_{60}^{2+}$)로부터 -13.01 eV($C_{60}^{6-}$)까지 값을 갖는다. 또한 전하와 이온화 에너지의 상관 관계에서 직선관계가 나타났으며, 전하당 평균 이온화 에너지는 3.15 eV(계산값)와 3.22 eV(상관관계값) 이었다. 양의 전하를 띤 $C_{60}$ 이온의 전하-이동 및 전자-이동 반응은 게스트 분자의 이온화 에너지가 호스트 $C_{60}^{n+}$의 전자 친화도보다 더 낮을 때 일어남을 알 수 있었다. 이때, 이온화 에너지와 전자친화도의 에너지 차이(${\Delta}_{IP-EA}$)가 클 때는 전하-조절 효과에 의하여 전하-이동 반응이 일어나며, 그 에너지 차이가 작을 때는 프론티어-조절 효과에 의하여 전자-이동 반응에 의하여 일어남을 확인하였다.

Keywords

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