扭曲状石墨烯及其掺杂量子点的荧光性能

发布时间：2021-09-29 19:33

　　采用密度泛函理论（DFT）研究扭曲状石墨烯C80H30的本征结构以及边缘位置掺B、中间位置掺B、边缘位置掺N、中间位置掺N等5种量子点的电子结构和光学性质,并与平面状石墨烯结构对比分析.结果表明,扭曲状GQDs未掺杂前能隙宽度为2. 014 e V,在紫外波段强烈吸收,615. 7 nm绿色波段发光,掺入电子受体B后HOMO能级和LUMO能级均升高,掺入给电子体N后HOMO能阶和LUMO能阶均出现降低,2种原子的掺入都会导致能隙宽度变窄,在红色波段发光,掺杂原子及位置不同均会对吸收光谱产生影响.类比于平面状GQDs,扭曲状GQDs的能隙宽度均变宽,吸收峰整体表现出往短波方向移动,发射光谱出现不同程度的蓝移. 

【文章来源】：四川师范大学学报(自然科学版). 2020,43(04)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

扭曲状石墨烯量子点结构

平面状石墨烯晶格参数为0.246nm，γ为120°．扭曲状C80H30纳米石墨烯含5个七元环和1个五元环，通过总能量优化得到稳定的构型(见图2)．优化后C—C键长范围0.140 2～0.150 3 nm,C—C—C键角范围106.1°～138.9°，偏离之前的120°．单层扭曲状C80H30量子点总体积约为1.3 nm×1.3 nm×0.632 nm.6个奇数环用数字0～5在图2中标注．2.2 电子结构

为了更好地研究扭曲状石墨烯量子点的荧光性能，还计算了平面状GQDs的态密度，其结果见表1．由数据可知，无论是平面结构还是变形结构的GQDs，量子限域后能带均被打开．其中扭曲状GQDs相比于平面状GQDs的LUMO能级变化较小，而HOMO能级降低0.2 eV左右，扭曲状GQDs整体表现出更宽的能隙宽度，因此扭曲状GQDs荧光性能的可调控能力将强于平面状GQDs．掺杂后，相比于平面状GQDs,4种掺杂形式能隙宽度变化分别为:0.021、0.042、0.053和0.129 eV．由此可见，给电子体N原子的掺入比受电子体B原子的掺入，在中间位置掺杂比在边缘位置掺杂对能带结构的影响更明显．而相比于未掺杂前扭曲状GQDs和平面状GQDs的能隙宽度变化值为0.187 eV，说明奇数环的引入导致GQDs结构出现扭曲变形是能带结构发生变化的主要原因，而杂质原子的掺入会出现定域能级，从而导致HOMO能阶和LUMO能阶的变化，能隙宽度变化减弱．2.3 光学特性

【参考文献】：
期刊论文
[1]PtCu二元金属催化剂抗CO中毒性能的理论研究[J]. 王清云,张贵,佟永纯,李振,于丽波.  原子与分子物理学报. 2018(01)
[2]B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响[J]. 姚利花.  原子与分子物理学报. 2017(03)
[3]碱金属在石墨烯表面吸附,迁移行为的第一性原理研究[J]. 谭心,李璇,于长永.  原子与分子物理学报. 2017(03)



本文编号：3414337