硼氮双原子掺杂石墨烯电荷分布和电子特性的研究

发布时间：2017-12-17 13:05

  本文关键词：硼氮双原子掺杂石墨烯电荷分布和电子特性的研究

  更多相关文章： 石墨烯 硼氮双原子掺杂 ABEEMσπ 电荷分布 态密度

【摘要】：石墨烯的电学性质有很大的科研价值,硼氮原子作为能改变石墨烯电子特性的掺杂物,已经普遍被人们用来改造石墨烯纳米材料的导电性。相比于单硼原子或氮原子掺杂的石墨烯,多原子掺杂石墨烯的研究还不够详细。本文选取了三种不同尺度(4×4、6×4、8×4)的锯齿形边缘石墨烯,运用密度泛函理论(DFT)和原子-键电负性均衡方法(ABEEMσπ)来研究石墨烯内部掺杂一对硼氮原子后,石墨烯的结构、电荷的变化及其团簇的电子特性。通过对比掺杂一对硼氮原子前后石墨烯的键长,得出位于掺杂位点附近的键长变化较为明显。与初始构型相比,硼碳键的键长变长,碳氮键的键长变短。远离掺杂位点位置处的键长,基本不发生变化。掺杂对石墨烯对称结构的影响基本是局域性的。根据原子、键和孤对电子标号定义的规则,定义硼氮双原子掺杂石墨烯模型的ABEEMσπ标号,拟合并确定所定义标号的ABEEMσπ参数。应用其计算硼氮双原子掺杂石墨烯模型的电荷,结果与HF/STO-3G方法计算的电荷比较,具有很好的一致性。掺杂一对硼氮原子后,由于硼氮杂质的互补作用,使石墨烯上电荷发生改变的区域具有局域性。掺杂位点附近的原子,电荷改变量较大;远离掺杂位点的原子,电荷基本不发生变化。且与氮位点附近的原子相比,硼位点附近的原子,电荷的改变量较小。研究内部掺杂一对硼氮原子前后,不同尺度的锯齿形边缘石墨烯团簇最高占据轨道(HOMO)和最低空轨道(LUMO)的变化情况,可以得出石墨烯团簇中参与导电的电子主要分布在上下锯齿形边缘。计算掺杂前后不同尺度石墨烯团簇的能隙值,可知随着尺度的逐渐变大,能隙值越来越小。对比掺杂前后石墨烯团簇的态密度(DOS)图,可以看出掺杂一对硼氮原子后,占据轨道中某些能量范围内,石墨烯团簇的分子轨道DOS变化较为明显,但在HOMO和LUMO处,对应的DOS基本不变,Fermi能级所处的位置也不变,导电性不受影响。
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O562

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本文编号：1300185