Si原子修饰空位缺陷石墨烯的结构与性能优化

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作   者：

谢晗;  陈茜;  王蓓;  高廷红;  谢泉;  肖清泉;  梁永超; 

作者机构：

贵州大学大数据与信息工程学院; 

关键词：

Si₆;  石墨烯改性;  第一性原理计算;  分子动力学模拟; 

期刊名称：

科学通报

i s s n：

0023-074X

年卷期：

2022 年 036 期

页   码：

4405-4414

摘   要：

本征石墨烯具有诸多优点,但因为其导电性不可控而难以直接应用.为了能够有效调节石墨烯的导电能力,使其变得可控,科学家不断地寻找石墨烯改性的方法.高能粒子轰击方法由于能够轻易实现异质粒子在石墨烯中的掺杂,因而引起了研究者的广泛关注.本文采用分子动力学方法模拟了具有一定能量的Si6团簇垂直轰击石墨烯的过程.通过可视化软件对体系的微观结构进行观察,同时记录石墨烯的结构变化.结果表明,在能量较低（0.875～55.9 eV）时, Si6并不能破坏石墨烯的结构,而能量较高（503.9 eV以上）时, Si6可以轻易破坏石墨烯结构并引入边缘规则的空位缺陷.在探明了不同能量范围下Si6轰击给石墨烯带来的影响之后,采用初始能量为0.146 eV的不同数量Si原子对轰击所得的空位缺陷石墨烯进行修补,并利用第一性原理方法对Si原子修补石墨烯所得构型进行结构优化和电子结构的计算.结果表明, Si原子的引入能够较好地饱和空位缺陷所带来的碳悬键. Si原子之间存在强烈的相互作用,且Si原子在空位缺陷处形成三维结构. Si原子的引入能成功打开石墨烯的带隙,同时会降低四空位缺陷石墨烯的导电性.该研究为石墨烯的改性提供了新思路.