n-p共掺石墨烯/过渡金属复合体系磁性和单原子催化性能的研究

发布时间：2021-05-28 12:58

　　自2004年成功获得单层石墨烯后,由于其优异独特的结构、力学性质和电学性质,人们掀起了对石墨烯的研究热潮。石墨烯弱自旋-轨道耦合及长自旋相干长度的特性决定了其在自旋电子学领域也是一个颇为理想的候选材料。因此,在石墨烯体系中引入磁性,尤其是长程铁磁性,对石墨烯基自旋电子学的发展是至关重要的。在过去的十多年的研究中人们提出了多种使石墨烯产生磁性的方法,然而一个普遍存在且最为关键的一个问题就是引入磁性的同时石墨烯本身能量线性色散关系会消失,这意味着石墨烯将失去其固有的新奇物理性质。本文运用第一性原理计算,基于n-p补偿性共掺杂方法和非共价π-π相互作用设计出了Fe/石墨烯/F4-TCNQ复合体系。首先通过计算表明,石墨烯与F4-TCNQ间的?-?相互作用能够使F4-TCNQ吸附到石墨烯体系最大程度地保留石墨烯本身电子性质,并验证了实验上其属于p型掺杂的结论。然后,通过n-p共掺杂的方法得到了稳定的F4-TCNQ/Fe共掺杂石墨烯体系。进一步的计算表明,通过F4-TCNQ分子的交换媒介作用,两个铁原子之间实现了非常强的长程铁磁耦合。本研究在保持石墨烯本身新奇独特性质的同时为实现磁性石墨烯提供了... 

【文章来源】：山西师范大学山西省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

呈sp2杂化方式的石墨烯平面结构

图 1-1 呈 sp2杂化方式的石墨烯平面结构一个个碳六元环是组成石墨烯平面结构的基本单元，通过以石墨烯为基础物质可以得到其他多种多样的多功能碳族材料。我们常见的无论是零维(0D)的富勒烯(fullerene)、还是一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube)更或是三维(3D)的石墨(graphite),都是由它分别经过翘曲、卷排、堆垛而成的（如图 1-2）。石墨烯结构具有不同的边界，其在石墨烯性能及应用方面有着极具关键性的影响。我们常见的扶手椅型（armchair）和锯齿型（zigzag）纳米带即为依据其边界不同而对石墨烯材料进行的分类。一般情况下，我们常提及的石墨烯是对单层石墨烯、双层石墨烯和多层石墨烯的一个统称，其中单层石墨烯是由一层六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子构成的；双层石墨烯是由两层六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛而成的；多层石墨烯则是指由 3-10 层六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛而成的。

绪论的基本特性一般的传统材料，其新奇优越的基本特性在很大程度上与其关系。如图 1-3 所示，石墨烯特殊的能带结构中体现出其存结构的研究有很多，我们可以认为它的能带是有交叠的，而被空穴完全占据的导带是关于这个交叠点而呈对称分布的。势场的影响作用的存在，使得电子有效质量变成了零，那么狄拉克方程来代替传统的薛定谔方程，并且，称其中存在着由于狄拉克点的存在，石墨烯还表现有重要的半整数量子霍墨烯表现出的新奇独特的性质是与其狄拉克点处电子结构息


本文编号：3208171