碳基納米材料摻雜效應(yīng)和化學(xué)修飾的第一原理研究.pdf

1、利用基于密度泛函的第一原理電子結(jié)構(gòu)的量子計(jì)算模擬,本文研究了幾種sp2雜化碳基納米材料的電子結(jié)構(gòu)。
　　 首先,本文研究了扶手椅型單壁碳納米管(SWCNT)的B/N對摻雜效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),對于扶手椅型SWCNT兩個不同的摻雜位點(diǎn),B/N對更容易發(fā)生在與管軸線成300角的位點(diǎn)上。B/N對的摻雜使得金屬性單壁碳納米管能隙打開,且能隙隨著B/N對軸向摻雜濃度的升高而逐漸增大。同時,還發(fā)現(xiàn)兩B/N對摻雜后的SWCNT的電子結(jié)構(gòu)敏感地依賴于

2、B/N對在圓周上的相對位置,能隙隨著B/N對相對距離的增大而增大。
　　 接著,本文研究了B/N對在石墨烯納米帶(GNRs)中的摻雜。研究發(fā)現(xiàn),B/N對的摻雜趨向于發(fā)生在GNRs的邊緣,且比單獨(dú)的B摻雜和B,N不成鍵的共摻雜在理論上要更容易實(shí)現(xiàn)。B/N對摻雜能夠選擇性調(diào)節(jié)扶手椅型的石墨烯納米帶的能隙大小,同時使鋸齒型石墨烯納米帶費(fèi)米能附近簡并的能級退簡并。
　　 最后,研究了量子反點(diǎn)石墨烯(GALs)的電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)修飾

3、。研究發(fā)現(xiàn),GALs的電子結(jié)構(gòu)敏感地依賴于量子反點(diǎn)的形狀、尺寸和羥基吸附。六方形的GALs表現(xiàn)為典型半導(dǎo)體,而三角形的GALs在費(fèi)米能附近出現(xiàn)了局域能級,局域能級的條數(shù)為|nα-nβ|條(nα,β為一個超原胞里α,β格點(diǎn)數(shù)目)。同時,GALs的能隙隨著量子反點(diǎn)尺寸的增大而增大,而局域能級展寬隨量子反點(diǎn)尺寸的增大而減小。相對于完整石墨烯,GALs邊緣碳原子的化學(xué)活性得以增強(qiáng)。羥基吸附使吸附位點(diǎn)的碳原子由sp2雜化轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3雜化,并能夠?qū)?/p>