石墨烯吸附CO特性的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯具有獨特的二維蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)以及超高的電子遷移率等特點，有望成為新一代的氣體傳感器材料。然而，實驗研究表明本征石墨烯只對少數(shù)氣體具有較高的靈敏度，即其氣體探測靈敏度比較有限。為了進一步探究改善石墨烯氣體傳感特性的方法，本文以密度泛函理論為基礎(chǔ)開展第一性原理計算，通過在石墨烯中引入雜質(zhì)和缺陷來研究它們對石墨烯的一氧化碳吸附特性的影響，主要工作如下：
　　首先，本文對石墨烯的發(fā)現(xiàn)過程、幾種常用制備方法以及結(jié)構(gòu)與性質(zhì)進行簡要介紹，

2、并對石墨烯材料在氣體吸附方面的研究進展進行了概述和分析。
　　其次，對第一性原理方法的基本思想進行了描述，并詳細闡述了該方法的理論基礎(chǔ)——密度泛函理論，包括其基本框架與導(dǎo)出過程。
　　然后，介紹了第一性原理計算所用的參數(shù)設(shè)置以及建模方法，分別建立氮摻雜、鋁摻雜和硅摻雜三種不同的石墨烯模型，并優(yōu)化得到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；對其分別加入一氧化碳分子進行優(yōu)化，得到最優(yōu)吸附構(gòu)型并進行相關(guān)性質(zhì)計算。從最優(yōu)吸附結(jié)構(gòu)、吸附能、電荷轉(zhuǎn)移以及能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)

3、密度幾個方面分析石墨烯吸附一氧化碳分子的強弱。計算結(jié)果分析表明，氮摻雜石墨烯與一氧化碳之間的吸附作用仍然很弱；而鋁摻雜和硅摻雜后的石墨烯材料均與一氧化碳形成了弱共價鍵，表現(xiàn)出很強的相互作用。
　　最后，介紹了幾種晶體缺陷類型和石墨烯材料中常見的缺陷；分別建立單空位和S-W缺陷的石墨烯模型，并進行優(yōu)化得到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；再分別加入一氧化碳分子來研究這兩種缺陷對石墨烯吸附一氧化碳特性的影響。計算結(jié)果分析表明，這兩種缺陷均對石墨烯的一氧化碳吸