A novel supramolecular network containing binuclear copper unit $[Cu(phen)_{2}({\mu}-ID\;A)Cu(phen){\cdot}(NO_{3})](NO_{3}){\cdot}4(H_{2}O)$ (1) was synthesized through the self-assembly of iminodiacetic acid ($H_2IDA$) and 1,10-phenanthroline (phen) in the condition of pH = 6. It has been characterized by the infrared (IR) spectroscopy, elemental analysis, single crystal X-ray diffraction, and thermogravimetric analysis (TGA). 1 shows a 2-D supramolecular structure assembled through strong and unique $\pi-\pi$ packing interactions. Density functional theory (DFT) calculations show that theoretical optimized structures can well reproduce the experimental structure. The TGA and powder X-ray diffraction (PXRD) curves indicate that the complex 1 can maintain the structural integrity even at the loss of free water molecules. The magnetic property is also reported in this paper.
The phoisomerization process of symmetric carbocyanine dyes such as 3,3'-diethyloxadicarbocyanine iodide (DODCI), 3,3'-diethylthiadicarbocyanine iodide (DfDCI), 1,1'-diethyl-2,2'-dicarbocyanine iodide (DDI), 1,1'-diethyl-2,2'-carbocyanine iodide (DCI), and cryptocyanine (1,1'-diethyl-4,4'-carbocyanine) iodide (CCI) have been studied by measuring the steady state and time resolved fluorescence spectra and the ground-state recovery profiles. The steady-state fluorescence spectrum of photoisomer as a function of concentration and excitation wavelength provides the evidence that the fluorescence of photoisomer is formed by the radiative energy transfer from the normal form and the quantum yield for the formation of photoisomer is increased by decreasing the excitation wavelength. The fluorescence decay profiles have been measured by using the time correlated single photon counting (TCSPC) technique, showing a strong dependence on the concentration and the detection wavelength, which is due to the formation of excited photoisomers produced either by the radiative energy transfer from the non-nal form or by absorbing the 590 nm laser pulse. We first report the fluorescence decay time of photoisomers for these cyanine dyes. The experimental results are explained by introducing the semiempirical calculations. The ground state recovery profiles of DTDCI, DDI, and CCI normal forms have been measured, showing that the recovery time from the singlet excited state is similar with the fluorescence decay time.
In this study, two novel Schiff base compounds including (3-(4-Chlorophenyl isoxazole-5-yl) methanol and (3-(2,4 dichlorophenol isoxazole-5-yl) methanol as corrosion inhibitors for mild steel in 1 M hydrochloric acid solution were investigated by potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and density functional theory (DFT) computations. The results showed that the corrosion inhibition efficiency (IE) is remarkably enhanced with the growing concentration of the Schiff base inhibitors. The results from Tafel polarization and EIS methods showed that IE decreases with gradual increments of temperature. This process can be attributed to the displacement of the adsorption/desorption balance and hence to the diminution of the level of a surface coating. Also, the adsorption of two inhibitors over mild steel followed the Langmuir adsorption isotherm. Too, the results of the scanning electron microscope (SEM) images showed that the Schiff base inhibitors form an excellent protective film over mild steel and verified the results by electrochemical techniques. Additionally, the results from the experimental and those from DFT computations are in excellent accordance.
As a key and core knowledge for the design of various types of nuclear reactors, the discipline of reactor physics has been advanced continually in the past six decades and has led to a very sophisticated fabric of analysis methods and computer codes in use today. Notwithstanding, the discipline faces interesting challenges from next-generation nuclear reactors and innovative new fuel designs in the coming. After presenting a brief overview of important tasks and steps involved in the nuclear design and analysis of a reactor, this article focuses on the currently-used design and analysis methods, issues and limitations, and current activities to resolve them as follows: (1) Derivation of the multi group transport equations and the multi group diffusion equations, with representative solution methods thereof. (2) Elements of modem (now almost three decades old) diffusion nodal methods. (3) Limitations of nodal methods such as transverse integration, flux reconstruction, and analysis of UO2-MOX mixed cores. Homogenization and related issues. (4) Description of the analytic function expansion nodal (AFEN) method. (5) Ongoing efforts for three-dimensional whole-core heterogeneous transport calculations and acceleration methods. (6) Elements of spatial kinetics calculation methods and coupled neutronics and thermal-hydraulics transient analysis. (7) Identification of future research and development areas in advanced reactors and Generation-IV reactors, in particular, in very high temperature gas reactor (VHTR) cores.
The methanolic extracts of the leaves and stem of the plant Lepidagathis keralensis were evaluated for anticorrosion behavior against mild steel in 1M HCl. Corrosion inhibition studies were done by gravimetric method, electrochemical impedance spectroscopy and potentiodynamic polarization methods. Surface morphology of mild steel in the presence and absence of inhibitors were studied using SEM analysis. UV-Vis studies were also done to evaluate the mechanism of inhibition. Both the extracts showed good inhibition efficiency which increased with increase in concentration of the inhibitor and decreased with increase in temperature. The mechanism of inhibition was explained by adsorption which obeyed Langmuir adsorption isotherm. Thermodynamic calculations revealed a combination of both physisorption and chemisorption of the inhibitor on the surface of mild steel. The extracts behaved as mixed type inhibitors as determined by polarization studies. Quantum chemical studies on Phenoxyethene, one of the major components in the leaf extract of the plant was also carried out to support the experimental results.
Jae Chan Heo;Ji Eun Kim;Dong Gyu Lee;Yun Sik Hwang;Yu Mi Woo;Han Eol Lee;Jung Hwan Park
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.36
no.3
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pp.286-291
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2023
Perovskite materials are promising candidates for next-generation optoelectronic devices owing to their outstanding external quantum efficiency, high color purity, and ability to tune the light emission wavelength. However, conventional thermal annealing processes caused the degradation of perovskite, resulting in poor optoelectronic properties and a short lifetime. Herein, we propose a laser-induced recrystallization of perovskite thin film to enhance its light-emitting properties. Laser-induced recrystallization process was performed using rapid and instantaneous laser heating, which successfully induced grain growth of the perovskite material. The laser processing conditions were thoroughly optimized based on theoretical calculations and various material analyses such as x-ray diffraction, scanning electron microscope, and photoluminescence spectroscopy.
Amorphous silica nanoparticles are among the most fundamental $SiO_2$ compounds, having implications in diverse geological processes and technological applications. Here, we explore structural details of amorphous silica nanoparticles with varying particle sizes (7 and 14 nm) using $^{29}Si$ and $^{1}H$ MAS NMR spectroscopy together with quantum chemical calculations to have better prospect for their size-dependent atomic structures. $^{29}Si$ MAS NMR spectra at 9.4 T resolve $Q^2,\;Q^3$ and $Q^4$ species at -93 ppm, -101 ppm, -110 ppm, respectively. The fractions of $Q^2,\;Q^3,\;O^4$ species are $7{\pm}1%,\;27{\pm}2%$, and $66{\pm}2%$ for 7 nm amorphous silica nanoparticles and $6{\pm}1%,\;21{\pm}2%$, and $73{\pm}2%$ for 14 nm amorphous silica nanoparticles. Whereas it has been suggested that $Q^2$ and $Q^3$ species exist on particles surfaces, the difference in $Q^{2}\;+\;Q^{3}$ fraction in both 7 and 14 nm particles is not significant, suggesting that $Q^2$ and $Q^3$ species could exist inside particles. $^{1}H$ MAS NMR spectra at 11.7 T shows diverse hydrogen environments, including physisorbed water, hydrogen bonded silanol, and non-hydrogen bonded silanol with varying hydrogen bond strength. The hydrogen contents in the 7nm silica nanoparticles (including water and hydroxyl groups) are about 3 times of that of 14 nm particles. The larger chemical shills for proton environments in the former suggest stronger hydrogen bond strength. The fractions of non-hydrogen bonded silanols in the 14 nm amorphous silica nanoparticles are larger than those in 7 nm amorphous silica nanoparticles. This observation suggests closer proximity among hydrogen atoms in the nanoparticles with smaller diameter. The current results with high-resolution solid-state NMR reveal previously unknown structural details in amorphous silica nanoparticles with particle size.
In order to have better insights into adsorption of organic molecules on kaolinite surfaces, we performed quantum chemical calculations of interaction between three different model clusters of kaolinite siloxane surfaces and benzyl alcohol, with emphasis on the effect of size and lattice topology of the cluster on the variation of electron density and magnetic shielding tensor. Model cluster 1 is an ideal silicate tetrahedral surface that consists of 7 hexagonal rings, and model cluster 2 is composed of 7 ditrigonal siloxane rings with crystallographically distinct basal oxygen atoms in the cluster, and finally model cluster 3 has both tetrahedral and octahedral layers. The Mulliken charge analysis shows that siloxane surface of model cluster 3 undergoes the largest electron density transfer after the benzyl alcohol adsorption and that of model cluster 1 is apparently larger than that of model cluster 2. The difference of Mulliken charges of basal oxygen atoms before and after the adsorption is positively correlated with hydrogen bond strength. NMR chemical shielding tensor calculation of clusters without benryl alcohol shows that three different basal oxygen atoms (O3, O4, and O5) in model cluster 2 have the isotropic magnetic shielding tensor as $228.2{\pm}3.9,\;228.9{\pm}3.4,\;and\;222.3{\pm}3.0ppm$, respectively. After the adsorption, the difference of isotropic chemical shift varies from 1 to 5.5 ppm fer model cluster 1 and 2 while model cluster 2 apparently shows larger changes in isotropic chemical shift. The chemical shift of oxygen atoms is also positively correlated with electron density transfer. The current results show that the adsorption of benzyl alcohol on the kaolinite siloxane surfaces can largely be dominated by a weak hydrogen bonding and electrostatic force (charge-charge interaction) and demonstrate the importance of the cluster site and the lattice topology of surfaces on the adsorption behavior of the organic molecules on clay surfaces.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.36
no.6
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pp.442-450
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2014
Concern has grown over a presence of micropollutants in natural water since sulfonamide antibiotic substances such as sulfamethazine, sulfamethoxazole, sulfathiazole have been frequently detected in Nakdong River, Korea. The current work investigates the degradation of the three sulfonamide substances by using quantum chemistry calculations of density functional theory (DFT) and experimental measurement techniques of Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and ultraviolet-visible spectrophotometer (UV-VIS). DFT calculations demonstrate that the lowest energy gap between the highest occupied molecular orbital (HOMO) and the lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO) lies in sulfanilamide functional group of sulfonamide, implying that the sulfanilamide functional group would be the most active site for ozone oxidation. Also, UV-VIS spectra and FT-IR analysis reveal that 260 nm band originated from sulfanilamide group was absent after ozone oxidation, indicating that a functional group of amine (N-H) was removed from sulfanilamide. Both theoretical and experimental observations agree well with each other, demonstrating the DFT calculation tool can be an alternative tool for the prediction of chemical reactions in purification treatment processes.
We propose a novel mechanism (Twist Sharing Mechanism) for the cis-trans photoisomerization of rhodopsin, based on the molecular dynamics (MD) simulation study. New things devised in our simulations are (1) the adoption of Mt. Fuji potentials in the excited state for twisting of the three bonds C9=C10, C11=C12 and C13=14 which are modeled using the detailed ab initio quantum chemical calculations and (2) to use the rhodopsin structure which was resolved recently by the X-ray crystallographic study. As a result, we found the followings: Due to the intramolecular steric hindrance between 20-methyl and 10-H in the retinal chromophore, the C12-C13 and C10-C11 bonds are considerably twisted counterclockwise in rhodopsin, allowing only counterclockwise rotation of the C11 =C12 in the excited state. The movement of 19-methyl in rhodopsin is blocked by the surrounding three amino acids, Thr 118, Met 207 and Tyr 268, prohibiting the rotation of C9=C10. As a result only all-trans form of the chromophore is obtainable as a photoproduct. At the 90$^{\circ}$ twisting of C11=C12 in the course of photoisomerization, twisting energies of the other bonds amount to about 20 kcal/mol. If the transition state for the thermal isomerization is assumed to be similar to this structure, the activation energy for the thermal isomerization around C11=C12'in rhodopsin is elevated by about 20 kcal/mol and the thermal isomerization rate is decelerated by 10$\^$-14/ times than that of the retinal chromophore in solution, protecting photosignal from the thermal noise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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