石墨烯具有較高的熱導(dǎo)率、電子遷移率和較低的電子噪聲等優(yōu)異電學(xué)特性,以及獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、較高的機(jī)械強(qiáng)度、和相對穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),尤其是巨大的比表面積,在氣敏器件方面具有廣泛應(yīng)用前景。但是本征石墨烯的物理化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定,對氣體分子的吸附作用較弱。對石墨烯進(jìn)行摻雜修飾,或者外加電場等改性之后,能夠顯著改善石墨烯對氣體分子的吸附和檢測效果。本文以AA型雙層石墨烯（BG）為研究對象,基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,首先研究了 AA堆疊型雙層石墨烯摻雜金屬原子（Pd,Mo）后對氣體分子CO和NO的吸附機(jī)理和氣敏特性;其次研究了過渡金屬（TM=V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）摻雜雙層石墨烯對H2S吸附的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì),并討論了電場作用下的吸附構(gòu)型、吸附能、電荷轉(zhuǎn)移和電荷密度分布;最后研究了雙層石墨烯在儲氫方面的性能。全文主要工作和結(jié)論如下:（1）對于AA堆疊型雙層石墨烯摻雜Pd,Mo原子（Pd/BG,Mo/BG）,金屬原子的摻雜改變了雙層石墨烯的電子性質(zhì)和局部幾何結(jié)構(gòu),有利于氣體分子的吸附。CO和NO吸附在Pd/BG上的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是不同的,CO分子近似平行于石墨烯表面,而NO分子幾乎垂直于石... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯結(jié)構(gòu)

功能化的特點(diǎn)。這些優(yōu)異性能使得它廣泛地應(yīng)用于透明電極材料，能源采集儲存中的活性材料，場效應(yīng)晶體管中的通道材料和催化材料等。按照層數(shù)的不同，石墨烯可分為單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯。單層石墨烯是指由一層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料；雙層石墨烯是指由兩層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料，少層石墨烯是指由3-10層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性以不同方式堆疊形成的二維材料；多層石墨烯是指由10層以上10nm以下的碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料。雙層石墨烯主要分為AA型和AB型兩種，如圖1.2所示。AA型雙層石墨烯的第一層的每一個碳原子剛好在第二層的碳原子之上，而AB型雙層石墨烯的結(jié)構(gòu)是第一層一半碳原子在第二層碳原子頂部，另一半在碳原子的六角中心位置。和AB型雙層石墨烯相比，AA型雙層石墨烯具有半導(dǎo)體特性，并且具有與單層石墨烯相似的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。圖1.2雙層石墨烯結(jié)構(gòu)(a)AA型雙層石墨烯，(b)AB型雙層石墨烯Fig.1.2Theconfigurationofbilayergraphene(a)AA-stackedbilayergraphene,(b)AB-stackedbilayergraphene

1緒論31.3石墨烯的基本性質(zhì)1.3.1電學(xué)性質(zhì)石墨烯層內(nèi)每個碳原子分別與相鄰的三個碳原子以sp2雜化軌道相互交蓋形成了三個σ-軌道共價鍵，剩下一個未參與雜化的Pz軌道垂直于石墨烯表面，其上未成鍵的π電子受原子核束縛較少，可以在石墨烯平面上移動，類似于無質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子，這便賦予了石墨烯良好的電學(xué)性質(zhì)。Wallace等人于1947年首次提出石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)，并利用緊束縛近似模型計(jì)算出石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示[5]。從圖中可以看到，首先，石墨烯是零帶隙的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；其次，能帶的導(dǎo)帶和價帶相交形成六個狄拉克點(diǎn)，每個狄拉克點(diǎn)附近出現(xiàn)一個錐形的谷；第三，在費(fèi)米面附近，電子的色散關(guān)系呈線性[6]。這種電子特性使得石墨烯呈現(xiàn)出一些獨(dú)特的物理化學(xué)效應(yīng)。圖1.3石墨烯能帶結(jié)構(gòu)示意圖[5]Fig.1.3Thebandstructureofgraphene1.3.2磁學(xué)性質(zhì)石墨烯本身是沒有任何磁性的，無論是單層石墨烯還是雙層石墨烯。但是通過研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在經(jīng)過摻雜、彎曲、缺陷、吸附、機(jī)械裁剪、外加電場或磁場等改性方法后，可以誘導(dǎo)石墨烯出現(xiàn)磁性。比如，在雙層石墨烯納米帶中間吸附金屬原子鏈，可以誘導(dǎo)石墨烯納米帶出現(xiàn)磁性，且吸附不同的金屬原子，誘導(dǎo)出的磁矩大小也不相同[7]。研究結(jié)果證明石墨烯在自旋電子學(xué)以及納米磁性材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Muiz等人研究了N取代缺陷附近的單個和多個氧原子的吸附，發(fā)現(xiàn)了一個包含三個氧

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]金屬修飾多孔石墨烯儲氫性能的第一性原理研究[D]. 元麗華.蘭州理工大學(xué) 2018

碩士論文
[1]石墨烯及扶手椅型石墨烯納米帶第一性原理分析研究[D]. 鄧寧康.西安理工大學(xué) 2019
[2]單層石墨烯電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)與熱力學(xué)性能研究[D]. 趙娟平.陜西理工大學(xué) 2019
[3]石墨烯體系的鉬（Mo）原子摻雜及缺陷的STM研究[D]. 萬聞.中南大學(xué) 2014
[4]雙層石墨烯納米帶的第一性研究[D]. 劉華.浙江師范大學(xué) 2012



本文編號：3281850