Исследование фуллеренов BCN. Изучение основных физико химических свойств
Журнал: НБИ технологии @nbi-technologies
Рубрика: Нанотехнологии и наноматериалы
Статья в выпуске: 3 т.19, 2025 года.
Бесплатный доступ
В данной работе мы проделали исследование физико-химических характеристик фуллеренов, легированных атомами бора и азота, широко известных как BCN фуллерены. Работа направлена на анализ влияния гетероатомного замещения атомов углерода на фундаментальные свойства этих уникальных наночастиц по сравнению с их чисто углеродными аналогами, такими как C24. Исследование охватывает широкий спектр свойств, комплексного анализа их электронной структуры. В частности, детально рассматривается модификация энергетической щели (запрещенной зоны), что напрямую влияет на их электрическую проводимость, а также изменения в плотности электронных состояний и потенциальные магнитные моменты, возникающие из-за введения атомов B и N. Помимо теоретических расчетов, выполненных с применением методов теории функционала плотности (DFT). Это создает значительные перспективы для их применения в высокопроизводительных органических полупроводниковых устройствах.
Короткий адрес: https://sciup.org/149151800
IDS: 149151800 | УДК: 538.9:539.143.3 | DOI: 10.15688/NBIT.jvolsu.2025.3.5
The study of BCN fullerenes. Study of basic physico-chemical properties
This study investigates the physicochemical properties of fullerenes doped with boron and nitrogen atoms, known as BCN fullerenes, focusing on the impact of heteroatomic substitution of carbon atoms on their fundamental characteristics compared to pristine carbon analogs like C24. The research encompasses a comprehensive analysis of their electronic structure, particularly examining modifications in the band gap, which directly affects electrical conductivity, as well as changes in the density of electronic states and potential magnetic moments induced by B and N incorporation. Theoretical calculations were performed using DFT methods. Structural modeling included C24 fullerenes with C-C bonds replaced by B-N bonds in various configurations, both within hexagons and pentagons. The calculations revealed that such substitutions are feasible, and the resulting structures are stable, with binding and formation energies comparable to those of pure C24. The position of the substitution significantly influences the electronic properties: replacing bonds in pentagons increases the band gap by approximately 0.5 eV, while substitution in hexagons decreases it. For instance, the band gap (Eg) changed from 1.9212 eV for C24 to 2.4678 eV for a structure with two B-N bonds in pentagons and to 1.5892 eV for a structure with two B-N bonds in hexagons. These controlled alterations in the band gap create significant prospects for tailoring BCN fullerenes for applications in high-performance organic semiconductor devices.
