Relative reactivity of various Al-substituted dialkylalans ($AlR_2(X)$) in reduction of acetone has been studied with density functional theory and MP2 method. Formation of the alan dimers and the alan-acetone adduct, and the transition state for the Meerwein-Ponndorf-Verley (MPV) type reduction of the adduct were calculated to figure out the energy profile. Formation of dimeric alans is highly exothermic. Both the relative free energies for acetone-alan adduct formation and the TS barriers for the MPV type reduction with respect to alan dimers and acetone were calculated and they show the same trend. Based on these energetic data, relative reactivity of alans is expected to be; $AlR_2(Cl)$ > $AlR_2(OTf)$ > $AlR_2(O_2CCF_3)$ > $AlR_2(F)$ > $AlR_2(OMs)$ > $AlR_2(OAc)$ > $AlR_2(OMe)$ > $AlR_2(NMe_2)$. The energy profile is relatively well correlated with the experimental order of the reactivity of Al-substituted dialkylalans. It is noted that the substituents of alans have initial effects on the relative free energies for the carbonyl-adduct formation. Therefore, an $AlR_2(X)$ which forms a more stable carbonyl-adduct is more reactive in carbonyl reduction.
Kim, Ji-Hoon;Won, Sangyeon;Kwon, Young-Kyun;Kahng, Se-Jong;Park, Yongsup
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.150.2-150.2
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2013
We elucidate the mechanism of the self-assembled organic layer formation at the organic/metal interface of hexaaza-triphenylene-hexacarbonitrile (HATCN)/Au(111) by first-principles calculations and Lowtemperature scanning tunneling microscope (STM). In this work, we used HATCN to deposit organic material which is well known as an efficient OLED charge generation material. Low-temperature STM measurements revealed that self-assembled hexagonal porous structure is formed at terraces of Au(111). We also found that the hexagonal porous structure has chirality and forms only small (<1000 $nm^2$) phaseseparated chiral domains that can easily change their chiral phase in subsequence STM images at 80 K. To explain the mechanism of these observation, we calculated the molecular-molecular and molecule-surface interaction energies by using density functional theory method. We found that the change of their chiral phase resulted from the competition between the two energies. These results have not only verified our experimental observations, but also revealed the delicate balance between different interactions that caused the self-assembed structures at the surface.
In this work, quantum molecular dynamics simulations (QMD) are preformed to study the hydrogen molecules in three types of carbon nanostructures, $C_{60}$ fullerene, (5,5) and (9,0) carbon nanotubes and graphene layers. Interactions between hydrogen and the nanostructures is of importance to understand hydrogen storage for the development of hydrogen economy. The QMD method overcomes the difficulties with empirical interatomic potentials to model the interaction among hydrogen and carbon atoms in the confined geometry. In QMD, the interatomic forces are calculated by solving the Schrodinger's equation with the density functional theory (DFT) formulation, and the positions of the atomic nucleus are calculated with the Newton's second law in accordance with the Born-Oppenheimer approximation. It is found that the number of hydrogen atoms that is less than 58 can be stored in the $C_{60}$ fullerene. With larger carbon fullerenes, more hydrogen may be stored. For hydrogen molecules passing though the fullerene, a particular orientation is required to obtain least energy barrier. For carbon nanotubes and graphene, adsorption may adhere hydrogen atoms to carbon atoms. In addition, hydrogen molecules can also be stored inside the nanotubes or between the adjacent layers in graphite, multi-layer graphene.
The electronic structures, magnetic properties and half-metallicity in $Zr_2RuZ$ (Z = Ga, In, Tl, Ge, Sn, and Pb) alloys with $AlCu_2Mn-$ and $CuHg_2Ti$-type structures were investigated using first-principles density functional theory (DFT) calculations. The calculations showed that $Zr_2RuIn$, $Zr_2RuTl$, $Zr_2RuSn$, and $Zr_2RuPb$ compounds with $CuHg_2Ti$-type structures were half-metallic ferromagnets with half-metallic band gaps of 0.18, 0.24, 0.22, and 0.27 eV, respectively. The half-metallicity originated from d-d and covalent hybridizations between the transition metals Zr and Ru. The total magnetic moments of the $Zr_2RuZ$ (Z = In, Tl, Sn, and Pb) compounds with $CuHg_2Ti$-type structures were integer values of $1{\mu}B$ and $2{\mu}B$, which is in agreement with Slater-Pauling rule ($M_{tot}=Z_{tot}-18$). Among these compounds, $Zr_2RuIn$ and $Zr_2RuTl$ were half-metals over relatively wide regions of the lattice constants, indicating that these two new Heusler alloys are ideal candidates for use in spintronic devices.
Colon rectal cancer is one of the frequently diagnosed cancers worldwide. In recent times the drug discovery for colon cancer is challenging because of their speedy metastasis and morality of these patients. C-jun N-terminal kinase signaling pathway controls the cell cycle survival and apoptosis. Evidence has shown that JNK1 promotes the tumor progression in various types of cancers like colon cancer, breast cancer and lung cancer. Recent study has shown that inhibiting, JNK1 pathway is identified as one of the important cascades in drug discovery. One of the recent approaches in the field of drug discovery is drug repurposing. In drug repurposing approach we have virtually screened ChEMBL dataset against JNK1 protein and their interactions have been studied through Molecular docking. Cross docking was performed with the top compounds to be more specific with JNK1 comparing the affinity with JNK2 and JNK3.The drugs which exhibited higher binding were subjected to Conceptual - Density functional theory. The results showed mainly Entrectinib and Exatecan showed better binding to the target.
Kim, Hyeong-Mook;Park, Jaeheung;Noh, Hee Chang;Lim, Manho;Chung, Young Keun;Kang, Youn K.
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.2
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pp.587-596
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2014
A new ${\pi}$-stacked donor-acceptor (D-A) system, [Ru(1-([2,2'-bipyridine]-6-yl-methyl)-3-(2-cyclohexa-2',5'-diene-1,4-dionyl)-1H-imidazole)(2,2':6',2"-terpyridine)]$[PF_6]_2$ (ImQ_T), has been synthesized and characterized. Similar to its precedent, [Ru(6-(2-cyclohexa-2',5'-diene-1,4-dione)-2,2':6',2"-terpyridine)(2,2':6',2"-terpyridine)]$[PF_6]_2$ (TQ_T), this system has a cofacial alignment of terpyridine (tpy) ligand and quinonyl (Q) group, which facilitates an electron transfer through ${\pi}$-stacked manifold. Despite the presence of lowest-energy charge transfer transition from the Ru-based-HOMO-to-Q-based-LUMO (MQCT) predicted by theoretical calculations by using time-dependent density functional theory (TD-DFT), the experimental steady-state absorption spectrum does not exhibit such a band. The selective excitation to the Ru-based occupied orbitals-to-tpy-based virtual orbital MLCT state was thus possible, from which charge separation (CS) reaction occurred. The photo-induced CS and thermal charge recombination (CR) reactions were probed by using ultrafast visible-pump/mid-IR-probe (TrIR) spectroscopic method. Analysis of decay kinetics of Q and $Q^-$ state CO stretching modes as well as aromatic C=C stretching mode of tpy ligand gave time constants of <1 ps for CS, 1-3 ps for CR, and 10-20 ps for vibrational cooling processes. The electron transfer pathway was revealed to be Ru-tpy-Q rather than Ru-bpy-imidazol-Q.
The geometries and isomerization of the alkylidene silylenoid $H_2C$ = SiLiF as well as its insertion reactions with R-H (R = F, OH, $NH_2$) have been systematically investigated at the B3LYP/6-311+$G^*$ level of theory. The potential barriers of the three insertion reactions are 97.5, 103.3, and 126.1 kJ/mol, respectively. Here, all the mechanisms of the three reactions are identical to each other, i.e., an intermediate has been formed first during the insertion reaction. Then, the intermediate could dissociate into the substituted silylene ($H_2C$ = SiHR) and LiF with a barrier corresponding to their respective dissociation energies. Correspondingly, the reaction energies for the three reactions are -36.4, -24.3, and 3.7 kJ/mol, respectively. Compared with the insertion reaction of $H_2C$ = Si: and R-H (R = F, OH and $NH_2$), the introduction of LiF makes the insertion reaction occur more easily. Furthermore, the effects of halogen (F, Cl, Br) substitution and inorganic salts employed on the reaction activity have also been discussed. As a result, the relative reactivity among the three insertion reactions should be as follows: H-F > H-OH > H-$NH_2$.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.185.2-185.2
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2014
We have studied the atomic and electronic structure of graphene nanoribbons (GNRs) on a hexagonal boron nitride (h-BN) sheet with intercalated atoms using first-principles calculations. The h-BN sheet is an insulator with the band gap about 6 eV and then it may a good candidate as a supporting dielectric substrate for graphene-based nanodevices. Especially, the h-BN sheet has the similar bond structure as graphene with a slightly longer lattice constant. For the computation, we use the Vienna ab initio simulation package (VASP). The generalized gradient approximation (GGA) in the form of the PBE-type parameterization is employed. The ions are described via the projector augmented wave potentials, and the cutoff energy for the plane-wave basis is set to 400 eV. To include weak van der Waals (vdW) interactions, we adopt the Grimme's DFT-D2 vdW correction based on a semi-empirical GGA-type theory. Our calculations reveal that the localized states appear at the zigzag edge of the GNR on the h-BN sheet due to the flat band of the zigzag edge at the Fermi level and the localized states rapidly decay into the bulk. The open-edged graphene with a large corrugation allows some space between graphene and h-BN sheet. Therefore, atoms or molecules can be intercalated between them. We have considered various types of atoms for intercalation. The atoms are initially placed at the edge of the GNR or inserted in between GNR and h-BN sheet to find the effect of intercalated atoms on the atomic and electronic structure of graphene. We find that the impurity atoms at the edge of GNR are more stable than in between GNR and h-BN sheet for all cases considered. The nickel atom has the lowest energy difference of ~0.2 eV, which means that it is relatively easy to intercalate the Ni atom in this structure. Finally, the magnetic properties of intercalated atoms between GNR and h-BN sheet are investigated.
Within the framework of the density functional theory combined with the method of non-equilibrium Green's functions (DFT + NEGF), the features of electron transport in fullerene nanojunctions, which are «core-shell» nanoobjects made of a combination of fullerenes of different diameters C20, C80, C180, placed between gold electrodes (in a nanogap), are studied. Their transmission spectra, the density of state, current-voltage characteristics and differential conductivity are determined. It was shown that in the energy range of -0.45-0.45 eV in the transmission spectrum of the "Au-C180-Au" nanojunction appears a HOMO-LUMO gap with a width of 0.9 eV; when small-sized fullerenes C20, C80 are intercalation into the cavity C180 the gap disappears, and a series of resonant structures are observed on their spectra. It has been established that distinct Coulomb steps appear on the current-voltage characteristics of the "Au-C180-Au" nanojunction, but on the current-voltage characteristics "Au-C80@C180-Au", "Au-(C20@C80)@C180-Au" these step structures are blurred due to a decrease in Coulomb energy. An increase in the number of Coulomb features on the dI/dV spectra of core-shell fullerene nanojunctions was revealed in comparison with nanojunctions based on fullerene C60, which makes it possible to create high-speed single-electron devices on their basis. Models of single-electron transistors (SET) based on fullerene nanojunctions "Au-C180-Au", "Au-C80@C180-Au" and "Au-(C20@C80)@C180-Au" are considered. Their charge stability diagrams are analyzed and it is shown that SET based on C80@C180-, (C20@C80)@C180- nanojunctions is output from the Coulomb blockade mode with the lowest drain-to-source voltage.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.37
no.3
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pp.231-240
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2024
Titanium dioxide (TiO2) holds significant scientific and technological relevance as a key photocatalyst and resistive random-access memory, demonstrating unique physicochemical properties and serving as an n-type semiconductor. Understanding the density and arrangement of oxygen vacancies (VOs) is crucial for tailoring TiO2's properties to diverse technological needs, driving increased interest in exploring oxygen vacancy complexes and superstructures. In this mini review, we summarize the recent understandings of the fundamental properties of oxygen vacancies in bulk rutile (R-TiO2) and anatase (A-TiO2) based on DFT and beyond method. We specifically focus on the excess electrons and their spatial arrangement of disordered single VO in bulk R and A-TiO2, aligned with the experimental findings. We also highlight the theoretical works on investigating the geometries and stabilities of ordered VOs complexes in bulk TiO2. This comprehensive review provides insights into the fundamental properties of excess electrons in reduced TiO2, offering valuable perspectives for future research and technological advancements in TiO2-based devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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