石墨片氧化行為

石墨片氧化行為第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoOutlineBackgroundMotivationResultsConclusions

第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo1.Giem、Novoselov

etal.(2004,2005)

Approach:MicromechanicalCleavage

2.HannesC.S.etal.(2006)

Approach:

Expandorexfoliategraphiteoxide3.C.Bergeretal.(2004,2006)

Approach:

Epitaxialgrown4.RodneyRuoffetal.(2006)

Approach:

chemicallymodifiedandultrasonictreatment……K.S.Novoselovetal.,Science306,666–669(2004)K.S.Novoselovetal.,Nature438,197(2005).HannesC.S.etal.J.Phys.Chem.B,Vol.110,No.17(2006)C.Bergeretal.,Science312,1191(2006).RodneyRuoffetal.Nature442,282-286(2006).Discoveryofgraphene

grapheneKeywords:StabilityintwodimensionsLongscatteringlengthsAnomalousquantumHalleffectGraphenedevicesTwo-dimensionalcrystalsdoexistandtheyarestableunderambientconditions.第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoMotivationActuality:

ExtensivestructuralanalysisVariousexperimentaltechniquesQuestions:FewsimulationstudiesNotunderstandthemechanismGoal:DevotedtoindustrialapplicationsDeHeerfromAtlantahopesthatconnectingwireswon’tbenecessary.Heenvisagesfutureelectroniccircuitsmadeupofcontinuousgraphenesheets,sayingthatcuttinggrapheneintoribbonsofdifferentwidthscontrolitsconductingproperties.Grapheneispredictedtoedgeasidesiliconinthemicrochipsofthefuture.Movingtowardsagrapheneworld!NanoLett.7,3253(2007)

第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo(1)AtomicdefectingraphenelayerAyakoHashimoto1,etal,Nature430,870(2004)JohanM.Carlsson,etal,Phys.Rev.Lett.96,046806(2006)第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoGun-DoLee,etal,Phys.Rev.Lett.95,205501(2005)第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo(2)Oxygenadsorption第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoquestionAyakoHashimoto1,etal,Nature430,870(2004)O2+=?第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoFirst-principlesmethod

WalterKohn,NobelPrize1998

Chemistry

DensityFunctionalTheory(DFT)Hohenberg-Kohntheorem:ThetotalenergyofaninteractinginhomogeneouselectrongasinthepresenceofanexternalpotentialVext(r)isafunctionalofthedensityBorn-Oppenheimer

approximation+LDA+P.HohenbergandW.Kohn,Phys.Rev.136,B864(1964)第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo形成能

其中：：表征缺陷形成前后的能量差。：完整態(tài)的價(jià)帶頂?shù)哪芰颗c缺陷所帶電荷數(shù)的積。反應(yīng)熱第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo一、單空位與雙空位形成能：富碳條件下7.876貧碳條件下-1.342形成能：富碳條件下7.396貧碳條件下-11.041第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo單空位生成雙空位單空位結(jié)構(gòu)雙空位結(jié)構(gòu)形成能：富碳條件下-0.480093單空位結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易生成雙空位結(jié)構(gòu)第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo二、單空位吸附氧分子的分解形成能:富氧條件下-4.909eV,貧氧條件下4.037eV氧分子的氧氧鍵鍵長(zhǎng)從1.208增大到2.456形成能：富氧條件-8.849eV,貧氧條件0.098eV氧分子的氧氧鍵長(zhǎng)從1.208拉長(zhǎng)到2.624第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogoELF第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，此雙酮結(jié)構(gòu)很不穩(wěn)定極易失去CO形成穩(wěn)定一種復(fù)合雜質(zhì)缺陷結(jié)構(gòu)（cpd）如下圖此過(guò)程為放熱過(guò)程，反應(yīng)熱為-1.008eV三、氧化第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo單酮氧化從上圖我們可以看到，如果單酮結(jié)構(gòu)失去CO會(huì)生成cpd結(jié)構(gòu)。分析此反應(yīng)的反應(yīng)熱：我們發(fā)現(xiàn)此過(guò)程仍人吸熱，吸收能量為2.931eV，所以，此反應(yīng)很難實(shí)現(xiàn)。cpd結(jié)構(gòu)單酮第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo單酮結(jié)構(gòu)脫氧單酮單酮失去氧原子后的結(jié)ins通過(guò)能量的分析，此過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)需要吸收2.993eV的能量單酮結(jié)構(gòu)對(duì)比氧化行為難以失去氧原子第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogocpd結(jié)構(gòu)脫氧cpd結(jié)構(gòu)雙空位能量分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)反應(yīng)也是吸熱的，吸收能量4.364eVCpd結(jié)構(gòu)同樣很難失去氧原子第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogocpd結(jié)構(gòu)氧化cpd結(jié)構(gòu)三空位結(jié)構(gòu)從圖中可以看到cpd結(jié)構(gòu)失去氧原子會(huì)生成曾被許多學(xué)者模擬出來(lái)的三空位心型結(jié)構(gòu)。此反應(yīng)過(guò)程亦是吸熱的，而且吸收能量更高6.988eV，這幾乎是個(gè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo四、氧分子的再吸附單酮及cpd結(jié)構(gòu)難以再與氧分子發(fā)生強(qiáng)的作用鈍化？第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo結(jié)論單空位對(duì)氧分子具有分解的作用強(qiáng)的化學(xué)鍵和電荷遷移造成的氧原子之間的排斥作用是主要的誘因單酮和cpd結(jié)構(gòu)為氧吸附與氧化后的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)單酮和cpd結(jié)構(gòu)對(duì)于氧分子表現(xiàn)了一定的鈍化作用第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo邊緣吸附原子石墨帶和石墨片團(tuán)簇的形貌與性質(zhì)肖化平孫立忠鐘建新湘潭大學(xué)量子工程與微納能源研究所湘潭大學(xué)物理系hpxiao@2008年7月14日第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo理論背景Armchair型石墨帶：TBortheDirac’sequation:

N=3p+2為金屬DFT:直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙隨帶寬度增加呈振蕩衰減Zigzag型石墨帶：TB:無(wú)帶隙，費(fèi)米點(diǎn)出現(xiàn)平帶（邊沿態(tài)）DFT:考慮自旋自由度，出現(xiàn)帶隙；在帶兩邊出現(xiàn)了反鐵磁耦合Young-WooSon,PRL

97,216803(2006)第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo懸掛鍵用氫飽和最近鄰軌道緊束縛模型第一性原理

ZGNR：金屬性；邊界效應(yīng)；AGNR：金屬或絕緣體性；無(wú)邊界效應(yīng)；四、Graphene條帶K.Nakada,etal,Phys.Rev.B,54,17954(1996)K.Sasaki,etal,Appl.Phys.Lett,88,113110(2006)M.Ezawa,etal,Phys.Rev.B,73,045432(2006)L.Pisani,etal,Phys.Rev.B,75,064418(2007)Y.W.Son,etal,Nature,444,347(2006)D.Jiang,etal,J.Chem.Phys,126,134701(2007)E.Kan,etal,J.Am.Chem.Soc,130,4224(2008)2、理論研究（1）Son等人利用第一性原理計(jì)算預(yù)測(cè)，當(dāng)施加一橫向電場(chǎng)時(shí)ZGNR呈現(xiàn)半金屬行為。（2）Kan等人發(fā)現(xiàn)ZGNR邊界進(jìn)行化學(xué)修飾后呈現(xiàn)半金屬性質(zhì)。理論背景第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo鋸齒形石墨帶邊緣吸附原子的結(jié)構(gòu)Dmol弛豫結(jié)果1、吸附原子在鋸齒形邊緣形成了直原子鏈，無(wú)明顯的二聚化。2、對(duì)原子半徑較小的原子吸附，每一石墨帶單胞上吸附一個(gè)原子，具有最小的周期性，而對(duì)原子半徑大的原子具有更大的吸附周期。3、非金屬原子吸附在每一碳尖端原子上；金屬原子吸附在每?jī)商技舛嗽又g。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo能帶邊緣吸附Cu、Si、O原子后，所有鋸齒形石墨帶都呈金屬性。第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo吸附Fe后的磁性耦合總能：-162.81ev

-193.84ev-165.72ev帶邊的Fe原子反鐵磁耦合情況最穩(wěn)定第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期三CompanyLogo鋸齒形邊緣吸附原子的石墨片團(tuán)簇體系邊緣H飽和的矩形石墨片團(tuán)簇碳原子的pz軌道占據(jù)了費(fèi)米能級(jí)附近的能態(tài)，這說(shuō)明碳的pz分態(tài)決定了矩形Graphene團(tuán)簇的能隙。Nz=3p+2的矩形Graphene團(tuán)簇（Na≥12）的HOMO或LUMO軌道是退局域的，而對(duì)Nz≠3p+2的矩形Graphene團(tuán)簇（Na≥12）H