石墨烯具有較高的熱導(dǎo)率、電子遷移率和較低的電子噪聲等優(yōu)異電學(xué)特性,以及獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、較高的機(jī)械強(qiáng)度、和相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),尤其是巨大的比表面積,在氣敏器件方面具有廣泛應(yīng)用前景。但是本征石墨烯的物理化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,對(duì)氣體分子的吸附作用較弱。對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜修飾,或者外加電場(chǎng)等改性之后,能夠顯著改善石墨烯對(duì)氣體分子的吸附和檢測(cè)效果。本文以AA型雙層石墨烯（BG）為研究對(duì)象,基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法,首先研究了 AA堆疊型雙層石墨烯摻雜金屬原子（Pd,Mo）后對(duì)氣體分子CO和NO的吸附機(jī)理和氣敏特性;其次研究了過(guò)渡金屬（TM=V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni）摻雜雙層石墨烯對(duì)H2S吸附的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì),并討論了電場(chǎng)作用下的吸附構(gòu)型、吸附能、電荷轉(zhuǎn)移和電荷密度分布;最后研究了雙層石墨烯在儲(chǔ)氫方面的性能。全文主要工作和結(jié)論如下:（1）對(duì)于AA堆疊型雙層石墨烯摻雜Pd,Mo原子（Pd/BG,Mo/BG）,金屬原子的摻雜改變了雙層石墨烯的電子性質(zhì)和局部幾何結(jié)構(gòu),有利于氣體分子的吸附。CO和NO吸附在Pd/BG上的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)是不同的,CO分子近似平行于石墨烯表面,而NO分子幾乎垂直于石... 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：55 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯結(jié)構(gòu)

功能化的特點(diǎn)。這些優(yōu)異性能使得它廣泛地應(yīng)用于透明電極材料，能源采集儲(chǔ)存中的活性材料，場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的通道材料和催化材料等。按照層數(shù)的不同，石墨烯可分為單層石墨烯、雙層石墨烯、少層石墨烯和多層石墨烯。單層石墨烯是指由一層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料；雙層石墨烯是指由兩層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料，少層石墨烯是指由3-10層碳原子構(gòu)成的六邊形周期性以不同方式堆疊形成的二維材料；多層石墨烯是指由10層以上10nm以下的碳原子構(gòu)成的六邊形周期性二維材料。雙層石墨烯主要分為AA型和AB型兩種，如圖1.2所示。AA型雙層石墨烯的第一層的每一個(gè)碳原子剛好在第二層的碳原子之上，而AB型雙層石墨烯的結(jié)構(gòu)是第一層一半碳原子在第二層碳原子頂部，另一半在碳原子的六角中心位置。和AB型雙層石墨烯相比，AA型雙層石墨烯具有半導(dǎo)體特性，并且具有與單層石墨烯相似的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。圖1.2雙層石墨烯結(jié)構(gòu)(a)AA型雙層石墨烯，(b)AB型雙層石墨烯Fig.1.2Theconfigurationofbilayergraphene(a)AA-stackedbilayergraphene,(b)AB-stackedbilayergraphene

1緒論31.3石墨烯的基本性質(zhì)1.3.1電學(xué)性質(zhì)石墨烯層內(nèi)每個(gè)碳原子分別與相鄰的三個(gè)碳原子以sp2雜化軌道相互交蓋形成了三個(gè)σ-軌道共價(jià)鍵，剩下一個(gè)未參與雜化的Pz軌道垂直于石墨烯表面，其上未成鍵的π電子受原子核束縛較少，可以在石墨烯平面上移動(dòng)，類(lèi)似于無(wú)質(zhì)量的狄拉克費(fèi)米子，這便賦予了石墨烯良好的電學(xué)性質(zhì)。Wallace等人于1947年首次提出石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)，并利用緊束縛近似模型計(jì)算出石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示[5]。從圖中可以看到，首先，石墨烯是零帶隙的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；其次，能帶的導(dǎo)帶和價(jià)帶相交形成六個(gè)狄拉克點(diǎn)，每個(gè)狄拉克點(diǎn)附近出現(xiàn)一個(gè)錐形的谷；第三，在費(fèi)米面附近，電子的色散關(guān)系呈線性[6]。這種電子特性使得石墨烯呈現(xiàn)出一些獨(dú)特的物理化學(xué)效應(yīng)。圖1.3石墨烯能帶結(jié)構(gòu)示意圖[5]Fig.1.3Thebandstructureofgraphene1.3.2磁學(xué)性質(zhì)石墨烯本身是沒(méi)有任何磁性的，無(wú)論是單層石墨烯還是雙層石墨烯。但是通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯在經(jīng)過(guò)摻雜、彎曲、缺陷、吸附、機(jī)械裁剪、外加電場(chǎng)或磁場(chǎng)等改性方法后，可以誘導(dǎo)石墨烯出現(xiàn)磁性。比如，在雙層石墨烯納米帶中間吸附金屬原子鏈，可以誘導(dǎo)石墨烯納米帶出現(xiàn)磁性，且吸附不同的金屬原子，誘導(dǎo)出的磁矩大小也不相同[7]。研究結(jié)果證明石墨烯在自旋電子學(xué)以及納米磁性材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。Muiz等人研究了N取代缺陷附近的單個(gè)和多個(gè)氧原子的吸附，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)包含三個(gè)氧

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[2]單層石墨烯電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)與熱力學(xué)性能研究[D]. 趙娟平.陜西理工大學(xué) 2019
[3]石墨烯體系的鉬（Mo）原子摻雜及缺陷的STM研究[D]. 萬(wàn)聞.中南大學(xué) 2014
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