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《河南大学》 2017年
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硼/氮原子修饰点缺陷石墨烯电子结构的第一性原理研究

董文泽  
【摘要】:在实际的应用工艺中,各种各样的石墨烯缺陷结构广泛存在,缺陷的存在对材料的物理和化学性质都能产生重要地影响。本文使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,系统地研究了原始点缺陷石墨烯以及硼原子和氮原子修饰点缺陷石墨烯的结构和性质。本文一共考虑了石墨烯的八种本征点缺陷,分别是Stone-Wales缺陷,单空位缺陷(SV),三种双空位缺陷(DV585、DV567和DV57)和吸附原子构成的三种点缺陷(碳原子吸附在石墨烯碳碳键桥位的C-Bridge、碳原子吸附在石墨烯一个碳原子上方的C-Top和碳原子对吸附在石墨烯碳环上方的C7557)。在此基础上,我们研究了硼原子和氮原子修饰的点缺陷石墨烯原子结构的能量稳定性、掺杂作用效果、化学键特征和电子结构性质,分析了缺陷处原子的分波态密度(PDOS)图以及原子间的相互作用,并将其与原始本征点缺陷做了对比。计算结果表明,1)硼原子修饰点缺陷石墨烯的结合能与对应的点缺陷石墨烯的形成能通常成反比关系;2)杂质原子在点缺陷石墨烯上的掺杂强烈依赖于杂质原子与缺陷的复合结构;3)硼原子修饰后,C-Top缺陷的原子结构变得和C-Bridge相同,氮原子修饰后,C-Bridge的原子结构变得和C-Top相同。4)杂质原子通常与缺陷以共价键的形式结合,除了硼原子与C-Bridge缺陷中存在碳硼双键和氮原子与C-Top缺陷中存在碳氮三建。我们还对不同缺陷石墨烯结构进行了STM图像模拟,同实验所得STM图像进行比对。我们关于杂质原子修饰点缺陷石墨烯原子结构的结果不仅有利于与实验观察所得到的结果进行对比,而且阐明了石墨烯层中电子输运性质地调节带来的缺陷复合结构的物理和化学性质。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O562

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