Новая методика определения энергетически выгодных мест посадки карбоксильных групп при функционализации наносетчатого графена

Получена: 19 августа 2021; Исправлена: 06 сентября 2021; Принята: 07 сентября 2021
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: О.Е. Глухова, П.В. Барков. Новая методика определения энергетически выгодных мест посадки карбоксильных групп при функционализации наносетчатого графена. Письма о материалах. 2021. Т.11. №4. С.392-396
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2021-4-392-396

Аннотация

Методика определения энергетически выгодных мест посадки карбоксильных групп при функционализации наносетчатого графена по распределению атомного зарядаВ работе предложена новая методика пошаговой функционализации наносетчатого графена (НСГ) карбоксильными (СООН) группами. Ключевым моментом данной методики является выбор мест посадки для групп СООН. В качестве критерия для определения наиболее выгодного расположения групп СООН предлагается использовать распределение зарядов по атомам НСГ. Согласно нашей идее атомы с наибольшим по величине отрицательным зарядом будут легче образовывать прочные ковалентные связи с атомами функциональных групп. Тестирование предложенной методики проводилось на примере суперъячейки НСГ с круглым отверстием диаметром 1.2 нм и размерами 2.46 нм в направлении края зигзаг и 2.55 нм в направлении края кресло. Методом функционала плотности в приближении сильной связи с применением самосогласованного заряда (SCC-DFTB) моделировался процесс пошаговой функционализации НСГ при последовательном увеличении числа групп СООН от 1 до 9. Группы СООН при посадке располагались по краям отверстия НСГ. Анализ распределения заряда по орбиталям проводился согласно процедуре по Малликену. По результатам расчета энергии связывания установлено, что процесс присоединения групп СООН выбранными атомами НСГ является энергетически выгодным на каждом шаге функционализации. Показано, что в ходе пошаговой функционализации энергетическая щель НСГ практически не меняется, а уровень Ферми смещается вниз по оси энергии вниз на несколько десятых электрон-вольт. При максимальном насыщении краевых атомов отверстия группами СООН уровень Ферми и энергетическая щель функционализированного НСГ принимают значения, близкие к значениям нефункционализированного НСГ.

Ссылки (23)

1. A. C. Lokhande, I. A. Qattan, C. D. Lokhandeb, S. P. Patole. J. Mater. Chem. A. 8, 918 (2020). Crossref
2. Y. Lin, Y. Liao, Z. Chen, J. W. Connell. Materials Research Letters. 5, 209 (2017). Crossref
3. T. Liu, L. Zhang, B. Cheng, X. Hu, J. Yu. Cell Reports Physical Science. 1, 100215 (2020). Crossref
4. J. Zhang, H. Song, D. Zeng, H. Wang, Z. Qin, K. Xu, A. Pang, C. Xie. Sci Rep. 6, 32310 (2016). Crossref
5. W. Yuan, M. Li, Z. Wen, Y. Sun, D. Ruan, Z. Zhang, G. Chen, Y. Gao. Nanoscale Research Letters. 13, 190 (2018). Crossref
6. T. H. Han, Y.-K. Huang, A. T. L. Tan, V. P. Dravid, J. Huang. Am. Chem. Soc. 133, 15264 (2011). Crossref
7. G. Ning, Z. Fan, G. Wang, J. Gao, W. Qianc, F. Wei. Chem. Commun. 47, 5976 (2011). Crossref
8. W. Peng, S. Liu, H. Sun, Y. Yao, L. Zhic, S. Wang. Mater. Chem. A. 1, 5854 (2013). Crossref
9. X. Han, M. R. Funk, F. Shen, Y.-C. Chen, Y. Li, C. J. Campbell, J. Dai, X. Yang, J.-W. Kim, Y. Liao, J. W. Connell, V. Barone, Z. Chen, Y. Lin, L. Hu. ACS Nano. 8, 8255 (2014). Crossref
10. A. Esfandiar, N. J. Kybert, E. N. Dattoli, G. H. Han, M. B. Lerner, O. Akhavan, A. Irajizad, A. T. C. Johnson. Appl. Phys. Lett. 103, 183110 (2013). Crossref
11. Z. Chen, Y. Zhang, Y. Yang, X. Shi, L. Zhang, G. Jia. Sensors and Actuators B: Chemical. 336, 129721 (2021). Crossref
12. Z. Jiang, Z.-j. Jiang, X. Tian, W. Chen. J. Mater. Chem. A. 2, 441 (2014). Crossref
13. X. Zhao, C. M. Hayner, M. C. Kung, H. H. Kung. Adv. Energy Mater. 1, 1079 (2011). Crossref
14. J. Xu, Y. Lin, J. W. Connell, L. Dai. Small. 11, 6179 (2015). Crossref
15. M. Jia, J. Vanbuel, P. Ferrari, E. M. Fernández, S. Gewinner, W. Schöllkopf, M. T. Nguyen, A. Fielicke, E. Janssens. J. Phys. Chem. C. 122, 6526 (2018). Crossref
16. Y. Xu, B. Fan, Z. Liu, C. Huang, A. Hu, Q. Tang, S. Zhang, W. Deng, X. Chen. Carbon. 174, 173 (2021). Crossref
17. A. B. M. Zakaria, E. S. Vasquez, K. B. Walters, D. Leszczynska. RSC Adv. 5, 107123 (2015). Crossref
18. J.-B. Huang, J. Patra, M.-H. Lin, M.-D. Ger, Y.-M. Liu, N.-W. Pu, C.-T. Hsieh, M.-J. Youh, Q.-F. Dong, J.-K. Chang. Polymers. 12, 765 (2020). Crossref
19. Y. Lin, X. Han, C. J. Campbell, J.-W. Kim, B. Zhao, W. Luo, J. Dai, L. Hu, J. W. Connell. Advanced Functional Materials. 25, 2920 (2015). Crossref
20. M. Yang, Y. Wang, L. Dong, Z. Xu, Y. Liu, N. Hu, E. S.-W. Kong, J. Zhao, C. Peng. Nanoscale Res. Lett. 14, 218 (2019). Crossref
21. R. Ziółkowski, Ł. Górski, E. Malinowska. Sensors and Actuators B. 238, 540 (2017). Crossref
22. M. Elstner, D. Porezag, G. Jungnickel, J. Elsner, M. Haugk, Th. Frauenheim, S. Suhai, G. Seifert. Physical Review B. 58, 7260 (1998). Crossref
23. P. V. Barkov, O. E. Glukhova. Nanomaterials. 11, 1074 (2021). Crossref

Финансирование на английском языке