Структура и электронные свойства 4‑6‑12 графеновых слоев функционализированных фтором

Получена 15 февраля 2020; Принята 21 апреля 2020;
Цитирование: М.Е. Беленков, В.М. Чернов. Структура и электронные свойства 4‑6‑12 графеновых слоев функционализированных фтором. Письма о материалах. 2020. Т.10. №3. С.254-259
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2020-3-254-259

Аннотация

При фторировании слоев 4-6-12 графена могут формироваться две устойчивые полиморфные разновидности фторографеновых слоев T1 или T3 типаВ данной статье приведены результаты теоретических исследований новых полиморфных разновидностей фторографена, которые могут формироваться на основе L4‑6‑12 графеновых слоев. Расчеты геометрически оптимизированной структуры, зонной структуры и плотности электронных состояний были выполнены методом теории функционала плотности в обобщенном градиентном приближении. В результате первичного теоретического анализа была установлена возможность формирования трех основных структурных типов CF-слоев — T1, T2 и T3, которые отличаются порядком присоединения атомов фтора. В этих полиморфных разновидностях все атомы углерода находятся в эквивалентных структурных позициях. При расчетах оптимизированной структуры CF-полиморфов было установлено, что устойчивой структурой обладают только T1 и T3 разновидности. Структура слоев T2 типа при оптимизации разрушилась. Кристаллические решетки CF-L4‑6‑12‑T1 и CF-L4‑6‑12‑T3 являются гексагональными, в их элементарных ячейках содержится по 24 атома. Слоевая плотность фторографеновых слоев составляет 1.42 и 1.52 мг / м2 для T1 и T3 типов соответственно. Углерод-углеродные связи в структуре слоев имеют различную длину и варьируются от 1.5157 до 1.6602 Å. Причина этого различное число электронных пар, формирующих соответствующую ковалентную связь. Углы между связями в CF-слоях изменяются в широком диапазоне от 85.00° до 133.47°, что вызвано деформацией структуры слоев по сравнению с алмазной структурой. Энергия сублимации фторографенового слоя T1 типа составляет 13.84 эВ / (CF), а слоя T3 — 13.80 эВ / (CF). Полиморфы фторографена являются полупроводниками с шириной запрещенной зоны, равной 3.193 эВ для слоя CF-L4‑6‑12‑T1 и 4.150 эВ для слоя CF-L4‑6‑12‑T3.

Ссылки (27)

1. M. Freitag. Nature nanotechnology. 3 (8), 455 (2008). Crossref
2. G. Omar, M. A. Salim, B. R. Mizah, A. A. Kamarolzaman, R. Nadlene. In: Functionalized graphene nanocomposites and their derivatives. Ed. by M. Jawaid, R. Bouhfid, A. K. Qaiss. Amsterdam, Elsevier (2019) pp. 245 - 263. Crossref
3. S. V. Dmitriev, J. A. Baimova, A. V. Savin, Yu. S. Kivshar. Comput. Mater. Sci. 53, 194 (2012). Crossref
4. Yu. A. Baimova, S. V. Dmitriev, A. V. Savin, Yu. S. Kivshar. Phys. Solid State. 54 (4), 866 (2012). Crossref
5. A. Enyashin, A. L. Ivanovskii. Phys. Status Solidi B. 248 (8), 1879 (2011). Crossref
6. E. A. Belenkov, A. E. Kochengin. Phys. Solid State. 57 (10), 2126 (2015). Crossref
7. M. E. Belenkov, V. M. Chernov, E. A. Belenkov, V. M. Morilova. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 447, 012005 (2018). Crossref
8. M. E. Belenkov, A. E. Kochengin, V. M. Chernov, E. A. Belenkov. IOP Journal of Physics: Conference Series. 1399, 022024 (2019). Crossref
9. D. C. Elias, R. R. Nair, T. M. G. Mohiuddin, S. V. Morozov, P. Blake, M. P. Halsall, A. C. Ferrari, D. W. Boukhvalov, M. I. Katsnelson, A. K. Geim, K. S. Novoselov. Science. 323, 610 (2009). Crossref
10. J. T. Robinson, J. S. Burgess, C. E. Junkermeier, S. C. Badescu, T. L. Reinecke, F. K. Perkins, M. K. Zalalutdniov, J. W. Baldwin, J. C. Culbertson, P. E. Sheehan, E. S. Snow. Nano Letters. 10, 3001 (2010). Crossref
11. B. Li, L. Zhou, D. Wu, H. Peng, K. Yan, Y. Zhou, Z. Liu. ACS Nano. 5, 5957 (2011). Crossref
12. D. Chen, H. Feng, J. Li. Chem. Rev. 112, 6027(2012). Crossref
13. L. G. Bulusheva, A. V. Okotrub. In: New fluorinated carbons: fundamentals and applications. Amsterdam, Elsevier (2019) pp. 177 - 213. Crossref
14. M. E. Belenkov, V. M. Chernov, E. A. Belenkov. Chelyabinsk Physical and Mathematical Journal. 3 (2), 202 (2018). (in Russian) [М. Е. Беленков, В. М. Чернов, Е. А. Беленков. Челябинский физико-математический журнал. 3 (2), 202 (2018).]. Crossref
15. M. E. Belenkov, V. M. Chernov, E. A. Belenkov. IOP Journal of Physics: Conference Series. 1124, 022010 (2018). Crossref
16. K. S. Grishakov, K. P. Katin, M. M. Maslov, V. S. Prudkovskiy. Applied Surface Science. 463, 1051 (2019). Crossref
17. M. E. Belenkov, V. M. Chernov, E. A. Belenkov. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 537, 022058 (2019). Crossref
18. M. E. Belenkov, V. M. Chernov. Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials. 10, 406 (2019). (in Russian) [М. Е. Беленков, В. М. Чернов. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 10, 406 (2019).]. Crossref
19. W. Koch, M. C. Holthausen. A chemist’s guide to density functional theory. Weinheim, Wiley-VCH (2002) 313 p. Crossref
20. D. C. Langreth, M. J. Mehl. Physical Review B. 28 (4), 1809 (1983). Crossref
21. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. J. Phys.: Condens. Matter. 21 (39), 395502 (2009). Crossref
22. J. P. Perdew, A. Zunger. Phys. Rev. B. 23 (10), 5048 (1981). Crossref
23. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof. Phys. Rev. Lett. 77 (18), 3865 (1996). Crossref
24. S. V. Shulepov. Fizika ugleroda. Chelyabinsk, Metallurgiya (1990) 336 p. (in Russian) [С. В. Шулепов. Физика углерода. Челябинск, Металлургия (1990) 336 с.].
25. E. A. Belenkov. Inorganic Materials. 37 (9), 928 (2001). Crossref
26. E. A. Belenkov, V. A. Greshnyakov. Physics of the Solid State. 58 (10), 2145 (2016). Crossref
27. K. P. Katin, V. S. Prudkovskiy, M. M. Maslov. Physics Letters A. 381, 2686 (2017). Crossref

Другие статьи на эту тему

Финансирование на английском языке

1. Российский фонд фундаментальных исследований - 20-32-90002