本文關鍵詞：硼氮雙原子摻雜石墨烯電荷分布和電子特性的研究

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【摘要】：石墨烯的電學性質有很大的科研價值,硼氮原子作為能改變石墨烯電子特性的摻雜物,已經普遍被人們用來改造石墨烯納米材料的導電性。相比于單硼原子或氮原子摻雜的石墨烯,多原子摻雜石墨烯的研究還不夠詳細。本文選取了三種不同尺度(4×4、6×4、8×4)的鋸齒形邊緣石墨烯,運用密度泛函理論(DFT)和原子-鍵電負性均衡方法(ABEEMσπ)來研究石墨烯內部摻雜一對硼氮原子后,石墨烯的結構、電荷的變化及其團簇的電子特性。通過對比摻雜一對硼氮原子前后石墨烯的鍵長,得出位于摻雜位點附近的鍵長變化較為明顯。與初始構型相比,硼碳鍵的鍵長變長,碳氮鍵的鍵長變短。遠離摻雜位點位置處的鍵長,基本不發(fā)生變化。摻雜對石墨烯對稱結構的影響基本是局域性的。根據原子、鍵和孤對電子標號定義的規(guī)則,定義硼氮雙原子摻雜石墨烯模型的ABEEMσπ標號,擬合并確定所定義標號的ABEEMσπ參數。應用其計算硼氮雙原子摻雜石墨烯模型的電荷,結果與HF/STO-3G方法計算的電荷比較,具有很好的一致性。摻雜一對硼氮原子后,由于硼氮雜質的互補作用,使石墨烯上電荷發(fā)生改變的區(qū)域具有局域性。摻雜位點附近的原子,電荷改變量較大;遠離摻雜位點的原子,電荷基本不發(fā)生變化。且與氮位點附近的原子相比,硼位點附近的原子,電荷的改變量較小。研究內部摻雜一對硼氮原子前后,不同尺度的鋸齒形邊緣石墨烯團簇最高占據軌道(HOMO)和最低空軌道(LUMO)的變化情況,可以得出石墨烯團簇中參與導電的電子主要分布在上下鋸齒形邊緣。計算摻雜前后不同尺度石墨烯團簇的能隙值,可知隨著尺度的逐漸變大,能隙值越來越小。對比摻雜前后石墨烯團簇的態(tài)密度(DOS)圖,可以看出摻雜一對硼氮原子后,占據軌道中某些能量范圍內,石墨烯團簇的分子軌道DOS變化較為明顯,但在HOMO和LUMO處,對應的DOS基本不變,Fermi能級所處的位置也不變,導電性不受影響。
【學位授予單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O562

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本文編號：1300185