Chemical functionalization of graphene with defects
缺陷本质上不仅改变石墨烯的电子性质，而且改变其化学活性中心的化学性质。它们的功能化是修饰石墨烯的电子和晶体结构的一种方式，这对于基于石墨烯的纳米电子学可能是重要的。以氢为例，我们通过密度泛函计算模拟了一类缺陷（Stone-Wales缺陷，双空位，氮取代杂质和锯齿形边缘）的不完美石墨烯的化学。我们还研究了石墨烯纳米带的有限宽度对其化学性质的影响。它示出，在石墨烯边缘的磁性是脆弱的相对于氧化，因此，石墨烯边缘的化学保护可能需要石墨烯在自旋电子学中的应用。同时，Stone-Wales缺陷的氢化可能是制备磁性碳的一种有前景的方法。
2009-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Chemical Functionalization of Graphene Nanoribbons by Carboxyl Groups on Stone-Wales Defects
利用密度泛函理论，我们研究了羧基对具有Stone-Wales（SW）缺陷的半导体石墨烯纳米带（GNRs）的化学功能化作用.结果表明，COOH的单吸附和双吸附均能显著提高GNRs的几何结构和电子性质，且其电导率敏感地依赖于SW缺陷COOH对（SWDCP）的轴向浓度.随着SWDCP轴向浓度的增加，体系由半导体行为向p型金属行为转变。这一事实使得GNRs成为基于石墨烯纳米带的化学传感器和纳米电子器件的可能候选者。
2007-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Functionalization of Silicon Surface by Thiadiazole Molecule : a DFT Study
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）方法研究了噻二唑在Si（001）表面吸附的原子和电子性质.已选择（2x2）重建的清洁基底表面以给予分子足够的空间以松弛到其最有利的位置。计算中讨论了噻二唑四种结构异构体的18种成键模式，包括桥式成键和[2+2]/[4+2]环加成机制。通过总能量计算，确定了四种异构体在清洁硅表面上最稳定的成键构型。通过绘制总态密度（TDOS）和能带图研究了稳定表面的电子结构。电荷密度已被绘制，以确定出现在硅的基本带隙中的表面态的起源。最后，绘制了偏态密度（PDOS）图，以了解s轨道和p轨道的贡献。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Diamondization of Graphene and Graphene-BN Bilayers: Chemical Functionalization and Electronic Structure Engineering
本文基于第一性原理计算，系统研究了石墨烯双层和石墨烯-BN杂化双层的功能化诱导金刚石化反应。通过单面功能化，金刚石结构是磁性半导体。有趣的是，如果双层的两侧都被官能化，金刚石化变得自发而没有障碍。另一方面，当双层石墨烯的底层被单个六方BN层取代时，金刚石化结构变成双金属。可调的电子和磁性为构建基于石墨烯的电子和自旋电子学器件开辟了新的途径。
2011-12-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Surface Grafting of Graphene Flakes with Fluorescent Dyes: A Tailored Functionalization Approach
本文提出通过1,3-偶极环加成和Boc保护胺策略在低缺陷石墨烯薄片上共价接枝荧光染料，实现高选择性、低损伤的功能化，为生物成像、传感及纳米器件提供通用平台。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Double- and Single-Sided bis-Functionalization of Graphene
首次报道了采用两个连续的还原和共价键形成步骤的石墨烯的双官能化。已经进行了溶液中的本体官能化和沉积在表面上的单个片材的官能化。而在前一种情况下，从基面两侧的攻击是可能的，并可能导致无应变的架构，在后一种情况下，逆官能化可以变得重要时，相应的阴离子的加数代表一个足够好的离去基团。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tuning flexoelectricty and electronic properties of zig-zag graphene nanoribbons by functionalization
利用第一性原理计算研究了锯齿形石墨烯纳米带在机械弯曲下的挠曲电和电子性质。研究发现，石墨烯纳米带的弯曲诱导离面极化与外加应变梯度呈线性关系，氢和氟功能化可以使石墨烯纳米带（CH和CF纳米带）的弯曲电性能提高两个数量级以上。一个大的平面外挠曲电效应的预测CF纳米带。这种增强的起源在于碳和氟原子之间的电负性差异，即使对于小的应变梯度，也会打破面外电荷对称性。通过与氢和氟的共官能化（CHF Janus型纳米晶）可以进一步改善挠曲电效应，其中即使对于平坦纳米带也形成自发的平面外偶极矩。我们还发现，弯曲可以控制价带最大值的电荷局部化，从而能够调节空穴有效质量和带隙。这些结果对理解氢和氟官能化石墨烯纳米带的挠曲电和电子性质提出了重要的进展，这对柔性电子应用具有重要意义。
2020-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Controlling the Electronic Properties of Nanodiamonds Via Surface Chemical Functionalization: A DFT Study
采用密度泛函理论计算方法研究了化学功能化纳米金刚石的电子性质。HOMO-LUMO间隙和相对稳定性计算不同的表面功能化方案和金刚石微晶形态。化学装饰的大小和性质的HOMO-LUMO间隙考虑的各种系统的影响进行了详细讨论。我们的结论是，表面化学功能化有可能成为控制纳米金刚石的电子性质的一个可访问的路线。
2013-09-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Moiré lattice of twisted bilayer graphene as template for non-covalent functionalization
本研究提出利用扭转双层石墨烯的莫尔晶格作为模板，通过HATCN分子实现非共价功能化的空间调控，并借助拉曼光谱与DFT计算揭示其机制，为二维材料纳米图案化设计提供新途径。
2024-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Covalent Organic Functionalization of Graphene Nanosheets and Reduced Graphene Oxide via 1,3-Dipolar Cycloaddition of Azomethine Ylide
通过偶氮甲亚胺叶立德在液相中的1，3-偶极环加成反应成功地实现了石墨烯的有机功能化。1-甲基-2-吡咯烷酮和N，N-二甲基甲酰胺作为分散剂溶剂之间的比较，以及超声和均质作为分散技术之间的比较，证明N，N-二甲基甲酰胺和均质是最有效的选择。石墨烯纳米片和还原的氧化石墨烯的官能化使用不同的技术确认。其中，能量色散X-射线光谱允许映射的吡咯烷环的甲亚胺叶立德的表面上的功能化的石墨烯，而显微拉曼光谱检测所产生的功能化，这是描述与从头计算分子动力学模拟获得的功率谱一致的新功能。此外，功能化石墨烯的X射线光电子能谱允许定量元素分析和表面覆盖率的估计，显示还原氧化石墨烯的更高程度的功能化。这种反应性更强的行为源于由于氧缺陷的存在而在其表面上局部化的部分电荷，如静电特征的模拟所示。使用1，3-偶极环加成的石墨烯的官能化被示出是朝向在纳米级的基于石墨烯的复杂结构和器件的受控合成的重要步骤。
2021-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Noncovalent functionalization of carbon nanotubes and graphene with tetraphenylporphyrins: Stability and optical properties from ab-initio calculations
通过密度泛函理论计算，包括对色散相互作用的修正，研究了单壁碳纳米管（CNTs）和四苯基卟啉（TPP）非共价功能化石墨烯的稳定性、电子和光学性质.我们研究了TPP在42种CNT物种上的物理吸附，特别是那些具有手性指数（$n$，$m$）的CNT物种，其中$5 \leq n \leq 12$和$0\leq m\leq n$。我们的研究结果表明，TPP和CNT表面之间有相当强的$π$ - $π$相互作用，结合能范围为1.1至1.8 eV，其中较高的能量可以与增加CNT直径相关。我们还发现，TPP的光学双折射不会受到CNT直径或手性的影响。石墨烯上TPP物理吸附的结果显示出显著的稳定性，结合能为3.2 eV，在$π$堆叠的TPP吸收带上引起小的红移。强石墨烯-TPP相互作用还诱导从TPP到石墨烯的电荷转移，表明$n$型掺杂机制而不损害石墨烯结构。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Reductive Arylation of Graphene: Insights into a Reversible Carbon Allotrope Functionalization Reaction
石墨烯的共价功能化是纳米材料领域的一个重要课题。石墨的还原剥离与相应石墨烯中间体的伴随官能化提供了朝向官能化石墨烯衍生物的有前途的方法。在这篇文章中，我们提出了新的见解还原芳基化的石墨烯。具有不同化学计量的石墨层间化合物（GIC）已被用作起始材料。基于扫描拉曼显微镜（SRM）和热重-质谱联用（TG/MS）的光谱数据，发现GIC中的负电荷量与最终产物中的功能化程度之间存在明显的相关性，并对热脱功能化过程进行了详细分析，从而对共价加成键的结合有了更深入的了解.
2018-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Doped graphene oxide functionalization strategy for synthesis of nanocomposite membranes: electrospun coatings in biomedical field application
提出了一种用于血管支架涂层的电纺膜，其由2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱和甲基丙烯酸丁酯共聚物（MPC-共-BMA）（也称为（PMB））制成，用官能化和氮掺杂的还原氧化石墨烯（f-NrGO）增强。这种膜由于氮掺杂的还原氧化石墨烯（NrGO）负电荷而具有废除低密度脂蛋白（LDL）的能力，低密度脂蛋白在特定条件下是动脉粥样硬化疾病的主要原因。详细描述了NrGO官能化过程，因为它在NrGO和PMB之间产生强键，避免NrGO片从膜上分离。用FTIR对共聚物的合成进行了表征，并用XPS和HNMR证实了f-NrGO与PMB之间的化学键。此外，模拟血流条件的简化测试库证明了NrGO在膜上的功能化作用。对于静电纺丝工艺，最佳参数为14.5 kV的电压，和0.3 mL/h的流速，这导致更好的性能的膜的应用。DMA结果证实，就力学性能而言，f-NrGO的最佳增强百分比为0.1重量%，AFM图像表明在纤维上存在f-NrGO片。最后，接触角揭示了对LDL的排斥反应，这种行为有希望用于心血管涂层支架等应用。
2020-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Triggering superconductivity, semiconducting states, and ternary valley structure in graphene via functionalization with Si-N layers
在石墨烯基二维（2D）材料中，打开带隙和实现静态谷控制已经被长期寻求。受最近成功合成Si-N层钝化的2D材料的启发，在这里，我们通过第一性原理计算提出了两种新的石墨烯基材料，2D C2 SiN和CSiN。单层C2 SiN是金属的，并且在低温下实现超导性。单层CSiN具有优异的稳定性和机械性能。它是一种具有电子载流子的三元谷结构的半导体。与现有的valleytronic平台不同，这些谷可以通过施加单轴应变来控制。载流子的谷极化进一步表现为各向异性电导率的显著变化，这可以在简单的电学测量中检测到。强相互作用效应也导致激子结合能增大，增强了紫外光吸收。我们的工作为在二维材料中实现超导电性、三元谷结构和具有增强光吸收的半导体开辟了新的途径。
2022-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Rendering graphene supports hydrophilic with non-covalent aromatic functionalization for transmission electron microscopy
无定形碳膜已被常规用于增强冷冻水合透射电子显微镜（TEM）样品的制备，无论是在保留蛋白质浓度，提供机械稳定性或消散样品电荷。然而，来自无定形碳载体的强背景信号阻碍了样品的背景信号，并且无定形碳膜的绝缘性质排除了分散电荷的任何效率。石墨烯解决了无定形碳的局限性。石墨烯是一种晶体材料，几乎没有相位或振幅对比度，具有无与伦比的高载流子迁移率。然而，石墨烯的疏水特性阻碍了其在Cryo-TEM中的常规应用。这封信报告了一种使石墨烯TEM支持物亲水的方法-一种基于非共价芳族官能化保持石墨烯结构和电学性质的方便方法。
2014-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Deterministic Covalent Organic Functionalization of Monolayer Graphene with 1,3-Dipolar Cycloaddition Via High Resolution Surface Engineering
该研究结合低能电子束缺陷工程与甲亚胺叶立德1,3-偶极环加成，实现约100 nm分辨率、可逆的单层石墨烯空间选择性共价功能化。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In situ functionalization of graphene
虽然石墨烯的基面是惰性的，但其中的缺陷是化学活性的中心。这种缺陷的一个有吸引力的应用是朝向石墨烯与外来分子的受控官能化。然而，缺陷与反应性环境（例如周围环境）的相互作用降低了功能化的效率并且使其难以控制。在这里，我们报告了一种新的方法来生成，监测与时间分辨率，并功能化的缺陷$\textit{in situ}$，而无需将它们暴露在周围环境。缺陷产生的高能氩等离子体和它们的性能进行监测，使用$\textit{in situ}$拉曼光谱。我们发现，这些缺陷是功能性的，非常活跃，并强烈改变其密度从$\approx 1\cdot10^{13} cm^{-2}$到$\approx 5\cdot10^{11} cm^{-2}$暴露于空气中。我们通过使用氩等离子体产生缺陷并使用氨官能化它们$\textit{in situ}$来执行$\textit{in situ}$官能化原理的证明。官能化诱导在石墨烯中具有高达$5\cdot10^{12} cm^{-2}$的载流子密度的n-掺杂，并且在环境条件下保持稳定。
2020-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene on ferromagnetic surfaces and its functionalization with water and ammonia
本文采用角分辨光电子能谱学（ARPES）、X射线吸收光谱（XAS）和密度泛函理论（DFT）研究了水和氨在石墨烯/Ni（111）上的吸附。我们在石墨烯/Ni（111）上的研究结果揭示了界面态的存在，这源于石墨烯π和自旋极化的Ni 3d价带态的强杂化. H_2O（NH_3）/石墨烯/Ni（111）体系的ARPES和XAS数据给出了Ni（111）表面吸附分子与石墨烯之间相互作用的信息。所提出的实验数据进行比较的DFT方法的框架中获得的结果。
2011-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Substrate-Modulated Reductive Graphene Functionalization
用λ-碘烷对机械剥离的单层和双层石墨烯进行共价官能化，发现负载在SiO2基底上的单层比双层具有更高的反应性，这一点通过统计拉曼光谱/显微镜得到证实。支持DFT计算，我们表明，ditopic加数绑定导致更稳定的产品比相应的单调反应，由于低得多的晶格应变的反应产物。衬底的化学性质（石墨烯与SiO2）起着至关重要的作用。14858 -14862。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Functionalization of graphene sponge electrodes with two-dimensional materials for tailored electrocatalytic activity towards specific contaminants of emerging concern
低成本石墨烯海绵电极用二维（2D）材料官能化，即，硼氢化物和六方氮化硼（hBN），使用一步水热自组装方法。采用硼氢化物和hBN改性的石墨烯海绵阳极和N掺杂的石墨烯海绵阴极，以单程、流过模式和使用低电导率支持电解质电化学降解新出现的关注的模型持久性污染物。还原氧化石墨烯（RGO）涂层与2D材料的功能化导致电极电催化性能和与目标污染物的相互作用的特定修改。例如，添加hBN通过范德华力和π-π相互作用促进了更多疏水性有机污染物的吸附。与未官能化的石墨烯海绵阳极相比，用硼氢化物官能化的石墨烯海绵阳极增强了氧化剂物质如H2 O2和O3的产生，并产生了一个数量级更高浓度的羟基自由基（HO），从而增强了目标污染物的去除。用选择性自由基清除剂进行的实验表明，表面结合的羟基自由基（HOads）和单线态氧（1 O2）在电化学降解中的关键作用。该研究表明，石墨烯海绵电极与2D材料的功能化可以增强其电催化活性，并调节与特定有机污染物的相互作用，从而为设计专门用于去除特定污染物的电极开辟了新的可能性。
2022-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Prediction of induced magnetism in 2D Ti$_2$C based MXene by manipulating the mixed surface functionalization and metal substitution computed by xTB model Hamiltonian of the DFTB method
本研究用DFTB的GFN1-xTB模型预测Ti2C MXene混合表面官能化及Sc取代诱导的磁性，发现铁磁与两类反铁磁排列，并实现AFM到FiM转变，为MXene自旋电子学提供新思路。
2024-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Extended characterization methods for covalent functionalization of graphene on copper
石墨烯是一种在广泛应用中具有巨大潜力的材料，对于每一种应用，都需要对材料特性进行特定的调整。这可以例如通过共价官能化来实现。我们已经开发了两种表面接枝的方案，无论是通过重氮盐还是通过亲核交换，直接在铜基底上进行石墨烯共价修饰，这是常规用于材料的合成，并研究了与其他基底相比反应性的差异。通过拉曼和表面增强拉曼光谱、质谱、X射线光电子能谱学和扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱证实了成功的功能化。此外，我们还发现铜衬底可以作为增强拉曼光谱的等离子体表面。此外，共价接枝显示出耐受转移过程，从而允许从铜到其他衬底的事后转移。该方案避免了湿法加工，并实现了功能化石墨烯的全气相转化，从而消除了主要污染源。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Surface enhanced infrared absorption spectroscopy for graphene functionalization on copper
CVD石墨烯的单层形式在表征目标共价官能化方面带来了至关重要的挑战，这是由于表面上接枝部分的量较低，这反过来又阻碍了得出关于反应性-性质关系的结论。由于对化学改性石墨烯的兴趣越来越大，因此迫切需要新的，可靠的和非破坏性的表征方法。在这里，我们证明了使用表面增强红外吸收光谱检测的特征振动模式的物种接枝到材料通过自由基（Meerwein芳基化）或亲核取代途径铜箔。这种现象是允许的适当的金属表面形态和没有信号可能已经得到既不是在Si/SiO2基板上，也不是裸铜。反应过程中铜箔表面发生局部腐蚀，形成SEIRA活性基底。使用反射-吸收和衰减全反射模式进行测量，具有几乎相同的结果，从而使得这种分析方法可行、实用、非破坏性且易于用于石墨烯官能化的常规表征。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large scale chemical functionalization of graphene with nanometer resolution
将各种官能团引入石墨烯是定制其功能特性的最通用方法。迄今为止，人们必须使用特殊的隧道显微镜将分子附着在石墨烯上的特定位置，分辨率优于几百纳米，然而，在大规模上实现这种分辨率是不可能的。我们首次证明，通过将具有纳米尺度调制的应变引入石墨烯层中，可以以纳米分辨率实现化学功能化。应变的空间分布已经通过将单层石墨烯（SLG）转移到由几nm大的纳米颗粒（NP）装饰的衬底上来实现。通过改变基板上的纳米粒子的数量，局部应变SLG的量增加，证实了原子力显微镜（AFM）和拉曼光谱研究。我们进一步对具有增加的纳米级波纹量的SLG进行氢化和氢化。拉曼光谱、原子力显微镜和X射线光电子能谱学明确地揭示了官能化水平随着纳米颗粒的数量成比例地增加，这意味着局部应变的SLG的数量增加。因此，我们的方法能够以纳米分辨率控制石墨烯上官能团的数量和位置。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effects of Graphene/BN Encapsulation, Surface Functionalization and Molecular Adsorption on the Electronic Properties of Layered InSe: A First-Principles Study
采用第一性原理计算，研究了石墨烯/氮化硼（BN）包覆、金属元素（K、Al、Mg和典型过渡金属）和分子（四氰基醌二甲烷（TCNQ）和四氰基乙烯（TCNE））表面功能化对层状硒化铟（InSe）电子性质的影响.发现石墨烯（供体）和BN（受体）可能具有相反的电荷转移趋势，这与石墨烯和BN两者起相同作用（供体）的磷烯显著不同。对于InSe/BN异质结构，由于面外压缩而引起的层间距离的变化可以有效地调节带隙。TCNE和TCNQ分子对InSe有较强的受体能力。对于K、Al和Mg掺杂的单层InSe，观察到电荷从K和Al原子转移到InSe表面，导致InSe的n型导电，而在Mg掺杂的情况下观察到InSe的p型导电。InSe的原子级薄结构使得能够观察和利用跨界面的掺杂剂诱导的垂直电场。适当地采用n型或p型掺杂剂允许调制功函数、费米能级钉扎、能带弯曲和InSe表面/界面附近的光吸收效率。过渡金属原子在InSe上的吸附研究表明，Ti、V、Cr、Mn、Co吸附的InSe是自旋极化的，而Ni、Cu、Pd、Ag、Au吸附的InSe是非自旋极化的。我们的研究结果揭示了可能的方法来保护InSe结构和调制其电子性质的纳米电子学和电化学器件的应用。
2018-04-14 cond-mat.mtrl-sci
DFT modeling of the covalent functionalization of graphene: from ideal to realistic models
生产多种类型的石墨烯，例如独立式的、碳化硅和金属上的外延石墨烯、溶液中的石墨烯、化学生长的石墨烯样分子、各种石墨烯纳米带和具有不同还原水平和各种化学组成的氧化石墨烯，证明需要在石墨烯功能化的基本原理之外进行额外的研究，以避免预测之间偶尔出现矛盾从第一原理模拟和实验结果。在此，我们讨论了当前状态的建模不同类型的石墨烯使用密度泛函理论（DFT）的方法。我们专注于静态（基板，形状，曲率，应变和掺杂）和动态（功能化的起点，迁移障碍和配置的稳定性）方面，提供了一个更正确和选择性的各种化学物质的石墨烯支架上的化学吸附建模。基于最近对不同类型石墨烯的实验实现的功能化的建模，我们可以得出结论，在早期研究中讨论的均匀的单侧或双侧功能化石墨烯的形成是石墨烯化学的典型场景的例外。不同基质、缺陷和晶格畸变（如波纹和应变）的存在导致从官能团形成簇或线。已经发现石墨烯衬底上的化学物质的几种构型以理想模型存在，但仅对于在特殊条件下官能化的石墨烯是稳定的。技术参数的作用，如所采用的泛函和计算方法，以及各种类型的石墨烯的化学性质的建模的重要指导方针也进行了讨论。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Covalent functionalization of strained graphene
石墨烯的化学活性的增强通过氢、氟、氧和羟基在应变石墨烯上的化学吸附的第一原理建模来证明。对于负应变或压缩的情况，单个氢、氟或羟基的化学吸附在能量上比它们对在不同亚晶格上的化学吸附更有利。这种行为稳定了由化学吸附引起的磁性，防止其被成对形成所破坏。最初平坦的压缩石墨烯在化学吸附单个吸附原子后立即自发弯曲。与氢化或氢化不同，氧化过程对于所有类型的应变都从吸热转变为放热，并且取决于施加应变的方向。这样的性质将在利用功能化以及机械应变设计石墨烯装置中是有用的。
2012-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Engineering Quantum Spin Hall Effect in Graphene Nanoribbons via Edge Functionalization
Kane和Mele预测，在自旋轨道相互作用的存在下，石墨烯实现量子自旋霍尔态。然而，石墨烯中异常弱的固有自旋轨道分裂（$\approx 10^{-5}$ eV）抑制了这种拓扑绝缘相的实验观察。为了解决这个问题，我们提出了一种新的方法来控制石墨烯中的自旋轨道相互作用，通过共价官能化的石墨烯边缘含有重元素的官能团。概念验证第一性原理计算表明，非常强的自旋轨道耦合可以诱导在现实模型中的窄石墨烯纳米带与碲终止的边缘。我们证明了在这样的系统中可以实现具有强Rashba分裂的电子带以及跨越宽能量范围的量子自旋霍尔态。因此，我们的工作开辟了新的视野，工程拓扑电子相的纳米结构的基础上，石墨烯和其他材料的本地引入的自旋轨道相互作用。
2013-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhancement of chemical activity in corrugated graphene
在密度泛函理论内对波纹状石墨烯的化学活性的模拟预测，如果波纹（波纹）的高度与其半径的比率大于0.07，则其化学活性增强。波纹曲率的进一步增长导致中间带隙态的出现，这导致化学吸附能的额外的强烈增加。这些结果为石墨烯的可调功能化开辟了一条道路，即，根据波纹的曲率，可以提供均匀（对于小曲率）和点状（对于大曲率）功能化。
2009-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Superior effect of edge relative to basal plane functionalization of graphene in enhancing polymer-graphene nanocomposite thermal conductivity-A combined molecular dynamics and Greens functions study
为了实现聚合物石墨烯纳米复合材料的高热导率（k），通过有效的功能化方案实现石墨烯与其周围聚合物之间的有效热耦合是至关重要的。在这项工作中，我们证明了石墨烯纳米片（GNP）的边缘功能化可以使聚合物-石墨烯纳米复合材料的有效热导率相对于基面功能化有更大的提高。通过分子动力学模拟预测，对于35 wt.%，边缘情况下的有效热导率相对于基面结合高48石墨烯负载有10层厚的纳米片。这一独特的结果为实现高导热性聚合物材料开辟了有希望的新途径，这对于广泛的热管理技术至关重要。单层石墨烯中的热传输的各向异性导致与低的面外热导率（~10 W/mK）相比非常高的面内热导率（~2000 W/mK）。同样，在多层石墨烯纳米片（GNP）中，由于每对层之间的弱范德华键合，跨层的热导率甚至更低。边缘官能化将聚合物链耦合到石墨烯的高平面内热传导路径，从而导致高的整体高复合材料热导率。然而，基面官能化仅降低了聚合物与纳米片的表面石墨烯片之间的热阻，导致通过内层的热传导效率较低，从而导致基面方案优于边缘方案。本研究从根本上实现了实现高导热性聚合物复合材料的新途径。
2022-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
Selective surface functionalization at regions of high local curvature in graphene
将单层石墨烯沉积在用SiO2纳米颗粒（NPs）装饰的Si晶片基底上，然后暴露于从其重氮前体原位产生的芳基。使用显微拉曼映射，发现芳基自由基选择性地与覆盖NP的石墨烯区域反应。增强的化学反应性归因于石墨烯的局部机械变形引起的应变能增加。
2012-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Functionalization of edge reconstructed graphene nanoribbons by H and Fe: A density functional study
本文采用从头算密度泛函方法研究了5-7边重构石墨烯纳米带的功能化。我们的研究表明，氢化在重建的边缘是有利的，在未重建的6-6锯齿形边缘的情况下，与以前的理论结果一致。热力学计算揭示了不同温度和氢气化学势下单氢和二氢边的相对稳定性。从声子计算，我们发现，最低的光学声子模式硬化，由于5-7边缘重建相比，6-6未重建的氢化边缘。最后，Fe原子的边缘官能化揭示了沿边缘的二聚Fe链结构。随着纳米带宽度的变化，边缘的磁交换耦合在铁磁和反铁磁之间变化。
2012-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Covalent functionalization by cycloaddition reactions of pristine, defect-free graphene
基于低温扫描隧道显微镜的研究，我们提出了一个直接可视化的环加成反应进行一些特定的氟化马来酰亚胺分子沉积在石墨烯上。这些研究表明，即使在没有预先存在的缺陷的情况下，环加成反应也可以在石墨烯的基面上进行。在将分子共价接枝到石墨烯上的过程中，碳原子的sp2共轭被打破，并产生局部sp3键。接枝分子扰动石墨烯晶格，产生驻波图案与各向异性，这是由于（1，2）环加成，如通过T-矩阵近似计算所揭示的。DFT计算表明，虽然（1，4）和（1，2）环加成都是可能的独立石墨烯，只有（1，2）环加成可以获得SiC（0001）上的石墨烯。全球平均光谱技术，XPS和ARPES，被用来确定由反应引起的样品的元素组成的修改，表明在石墨烯中的电子间隙的开放。
2016-04-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Calculations of Spin-Dependent Conductance of Graphene Flakes
利用从头算密度泛函理论和基于非平衡格林函数的量子输运计算方法，研究了氢封端的短石墨烯纳米带（石墨烯片）的结构、电子和输运性质及其与钒原子的功能化.矩形石墨烯薄片是稳定的，具有与延伸的石墨烯纳米带非常相似的几何结构和电子结构。我们表明，自旋极化电流可以产生由纯的，氢化的矩形石墨烯薄片，通过利用空间分离的边缘状态的薄片使用不对称的，非磁性的接触。石墨烯薄片与磁性吸附原子如钒的功能化也导致自旋极化电流，即使具有对称接触。我们观察并讨论了尖锐的不连续性所产生的Fano共振局域态的薄片的透射谱。
2008-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Ultrasensitive Field-Effect Biosensors Enabled by the Unique Electronic Properties of Graphene
本文综述了基于石墨烯的纳米电子生化传感器的研究进展。石墨烯由单层共轭碳原子组成，具有出色的高载流子迁移率和低本征电噪声，但具有化学惰性表面。因此，表面功能化对于解开石墨烯用于检测目标分析物的灵敏度和选择性至关重要。为了实现石墨烯晶体管用于生物化学传感的最佳性能，突出了通过表面功能化和钝化来调节石墨烯表面性质，以及通过利用多频双极配置和高频测量方案来调节其电操作，以克服德拜屏蔽，从而实现低噪声和高灵敏度检测。超灵敏石墨烯电子生化传感器的潜在应用和前景，从环境监测和食品安全，医疗保健和医疗诊断，生命科学研究，以及提出。
2020-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Reductive Functionalization of Graphenides with Nickel(II) Porphyrin Diazonium Compounds
以钾插层石墨为原料，通过还原剥离/功能化反应，成功地合成了一种新型的石墨烯/卟啉杂化材料。此外，我们直接比较了两种结构不同的卟啉衍生物，即，meso-NiTPP-N2+，其重氮基团在外围苯环的4-位上，以及新型的\b{eta} NiTPP N2+重氮阳离子，其中重氮基团直接连接到18 π电子核的\b{eta} -吡咯位置。由于空间限制，该中间生成的卟啉自由基不能攻击石墨烯的延伸的π-表面，并且在这种情况下仅可以获得薄片边缘处存在的悬挂键的官能化。所有的反应产物进行了详细的分析，通过拉曼光谱和紫外/可见光谱以及热重分析。
2018-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Edge-Grafted Molecular Junctions between Graphene Nanoplatelets: Applied Chemistry to Enhance Heat Transfer in Nanomaterials
石墨烯纳米片（GNP）的边缘功能化利用重氮化学进行，旨在合成边缘装饰的纳米颗粒，其用作制备用于增强传热的工程纳米结构材料的构建块。事实上，苯酚官能化和二苯胺桥接的GNP（分别为GnP-OH和E-GNP）都组装在纳米纸中，分别利用非共价和共价分子连接的形成。分子动力学允许估计两种不同类型的分子结的热导率，表明共价结与非共价结的电导率之间的因子为6。此外，观察到化学官能化将纳米片的自组织驱动到纳米纸中，导致GnP-OH和E-GNP的热导率提高20%，而在E-GNP的情况下，交叉平面热导率提高了150%。因此，将化学功能化应用于纳米颗粒网络中的接触电阻工程被验证为提高纳米颗粒网络的热交换效率的迷人途径，在低温热交换和回收应用中具有巨大的潜在影响
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Computing the band structure and energy gap of penta-graphene by using DFT and G0W0 approximations
在本文中，我们考虑的五石墨烯的最佳坐标。五元石墨烯是一种比石墨烯强度更高的新型稳定碳同素异形体。在这里，我们用各种密度泛函理论（DFT）方法比较了五元石墨烯的带隙。利用广义梯度近似泛函计算了五元石墨烯的能带结构，并绘制了费米能级的能带图。
2015-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Strain-induced stabilization of Al functionalization in graphene oxide nanosheet for enhanced NH3 storage
采用第一性原理计算研究了应变对Al吸附原子在氧化石墨烯（GO）纳米片上稳定性的影响及其对NH3存储的意义。发现Al吸附原子在GO纳米片上的结合能是其稳定性的错误指标。发现拉伸应变对Al吸附原子在GO纳米片上的稳定性非常有效。拉伸应变增强了GO纳米片上的C-键，从而增强了GO纳米片上Al吸附原子的稳定性。拉伸应变对Al吸附原子在GO纳米片上的稳定性有很大影响。拉伸应变对Al O键通过增强的电荷转移从C到O原子。有趣的是，发现C-O键强度是Al稳定性的正确指标。最佳应变Al官能化GO结合多达6个NH3分子，而它在未应变条件下不结合NH3分子。
2012-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Enhancement of quantum capacitance in graphene electrodes by chemical modifications using aliphatic/aromatic molecules and their radicals
我们对功能化石墨烯的量子电容（C $_Q$）进行了系统的研究。石墨烯的功能化已经通过掺杂不同的脂肪族和芳香族分子及其自由基来完成。利用密度泛函理论计算，我们首先分析了功能化石墨烯的电子能带结构，随后得到了每个体系的量子电容。我们观察到通过在石墨烯片上掺杂脂肪族和芳香族分子及其自由基可以提高量子电容，特别是自由基功能化的石墨烯在C $_Q$中表现出显著的增强。我们的理论研究表明，芳香族和脂肪族自由基产生的费米能级附近的局域态密度，由于电荷本地化。结果，与原始石墨烯相比，已经估计了非常高的量子电容（高于200 $μF/cm^2$）。原子位错和空位缺陷在功能化过程中对石墨烯的影响也被纳入我们的研究。研究结果表明，在石墨烯功能化的同时形成分子自由基是合成高效石墨烯基超级电容器电极材料的有效途径，进而可以显著提高超级电容器的性能。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Metal Nanoparticle-Functionalized Three-Dimensional Graphene: a versatile platform towards sensors and energy-related applications
该研究首次通过胶体溶液浸渍实现金、钯纳米颗粒对外延三维石墨烯的功能化，验证其高覆盖、低团聚、无污染及530°C热稳定性，为传感、催化和能源应用提供平台。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-principles DFT study for the structural stability of Hydrogen passivated graphene (H-graphene) and atomic adsorption of oxygen on H-graphene with different schemes
采用第一性原理密度泛函方法研究了氢钝化石墨烯团簇的结构稳定性和电子性质。研究了两种不同形状的团簇，矩形和圆形，由6至160个碳原子和氢终止在锯齿形边界边缘组成。由96个碳原子组成的矩形团簇的相对稳定性比由相同碳原子数组成的圆形团簇的相对稳定性高1.5%。在比较含相同碳原子数的圆形团簇和矩形团簇时，前者的HOMO-LUMO能隙为2.159 eV，后者的HOMO-LUMO能隙为0.346 eV。采用第一性原理密度泛函方法，以四种不同的氢型石墨烯团簇为例，系统研究了氧原子在氢型石墨烯上的吸附行为，包括单面吸附、双面吸附和高浓度吸附。
2014-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic structure of covalently functionalized graphene layers
我们目前的示范性结果的广泛研究的机械，电子和运输性能的共价官能化的石墨烯单层（GML）与-NH 2。我们报告新的从头计算研究结果的共价官能化GML与-NH 2基团高达12.5%的浓度。我们的研究是在密度泛函理论和非平衡格林函数的框架下进行的。我们讨论的稳定性（吸附能），弹性模量，电子结构，带隙，和有效电子质量作为吸附分子的密度的函数。我们还给出了这些体系的电导和I（V）特性。一般来说，功能化的石墨烯层的稳定性随着附件浓度的增加而降低，并且我们确定了可以化学吸附在GL表面上的分子的临界密度。由于GL的局部变形和碎片引起的键的sp3再杂化，弹性模量随着基团数目的增加而降低。同时，我们观察到，功能化分子拉伸石墨烯晶格，吸附分子浓度越高，效果越明显。我们发现，GLS功能化在许多情况下导致石墨烯带隙的打开（对于12.5%浓度高达0.5302 eV），因此可以用于石墨烯器件。新的HOMO和LUMO主要来源于由功能化诱导的杂质带，并且它们表现出与硅或氮化镓中的电子有效质量相当的抛物线色散。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic and DFT studies of graphene intercalation systems on metals
在金属上的石墨烯下插入不同物种是定制这些系统的电子性质的有效方法。在这里，我们提出了金属（铜）和气态（氧）样品下的Ir（111）和Ru（0001），分别石墨烯的成功嵌入，允许改变石墨烯的电荷状态，以及大幅修改其电子结构附近的费米能级。我们采用ARPES和STS光谱方法与最先进的DFT计算相结合，以说明如何在宏观和纳米尺度实验中研究石墨烯衍生态的能量色散。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic transport properties and quantum localization effects monitored by selective functionalization in Bernal bilayer graphene
监测2D材料的电子特性是为电子设备和传感器等应用开辟道路的重要一步。从这个角度来看，Bernal双层石墨烯（BLG）是一种相当简单的系统，其通过选择性功能化（原子或分子的吸附）提供了调节电子间隙和载流子迁移率的巨大可能性。在这里，我们提出了一个详细的数值研究BLG电子性质时，两种类型的吸附网站同时存在。我们专注于现实的情况下，可以实现实验吸附质浓度c从0.25%到5%的变化。对于一个给定的c值，当电子掺杂低于c，我们表明，量子效应，这是在通常的半经典计算中被忽略，强烈影响的电子结构和输运性质。确实发现了广泛的行为，如间隙开放，金属行为或异常导电性，这取决于吸附物的位置，c值，掺杂，并最终能产生一个midgap带的midgap状态之间的耦合。这些行为可以通过基于BLG格是二分格的简单论证来理解。我们还分析了在低温下的电导率，其中多次散射效应不能忽略。此外，当费米能位于带隙中间态时，载流子的平均速度抵消，但由于速度的量子涨落，导电仍然是可能的。
2021-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The DFT and molecular dynamics multiscale study of the corrugation of graphene on Ru(0001): the unexpected stability of the moire-buckled structure
采用第一性原理密度泛函理论（DFT）和经典分子动力学（CMD）模拟方法对石墨烯（gr）的莫尔结构进行了研究。我们发现，波纹石墨烯可以令人惊讶地稳定对完全平坦的gr-sheet所指出的CMD模拟和DFT计算。我们还表明，使用具有成本效益的CMD方法，可以模拟石墨烯，例如Ru（0001）与正确的绑定注册表和合理的粘附能。一个新的力场已被参数化的接口使用角度依赖的Abell-Tersoff潜力。新参数化的Abell-Tersoff界面势提供了正确的莫尔超结构，根据扫描隧道显微镜图像和DFT结果。基于从头算DFT计算，我们还发现CMD莫尔超结构可以作为DFT计算和进一步几何优化的预优化结构。如范德华DFT结构弛豫所揭示的，Ru（0001）上几乎平坦的gr（波纹状$ξ\approx 0.2$ $\hboxÅ$）相对于波纹状gr系统（$ξ\approx 2.0$ $\hboxÅ$）在能量上稍微不利。
2014-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Graphene layer on Rh(111): combined DFT, STM, and NC-AFM studies
扫描探针方法（隧道和力显微镜，STM和AFM）的同时组合是一种独特的方式来获得有关所研究表面的晶体学和电子结构的信息。在这里，我们应用这些方法伴随着最先进的密度泛函理论（DFT）计算，以阐明强波纹石墨烯/Rh（111）系统的结构和电子性质。原子分辨图像的STM和AFM模式，并与DFT的结果显示良好的理论和实验之间的协议。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced spin injection in molecularly functionalized graphene via ultra-thin oxide barriers
实用自旋电子器件的实现依赖于产生和检测纯自旋电流的能力。在基于石墨烯的自旋阀中，这通常是通过隧道势垒从铁磁接触注入自旋极化电子来实现的，其中Al 2 O3和MgO最广泛地用作势垒材料。然而，使这些势垒足够薄的要求通常导致针孔和低接触电阻，这又导致低自旋注入效率，由于所谓的电阻失配问题，在室温下通常为5%。在这里，我们展示了一种替代方法来制造超薄隧道势垒接触石墨烯。我们表明，激光辅助化学功能化的石墨烯与sp3-键合的苯基基团有效地提供了一个种子层的生长Al 2 O3薄膜，确保顺利，高品质的隧道势垒和增强的自旋注入效率。重要的是，功能化对石墨烯通道本身中自旋输运的影响相对较弱，因此增强的自旋注入占主导地位，并导致自旋信号的数量级增加。此外，使用聚焦激光束和光刻技术的功能化的空间控制原则上可以用于将功能化限制为仅接触区域，进一步减少对石墨烯通道的影响。我们的研究结果开辟了一条新的路线，以规避基于石墨烯的自旋电子器件的电阻失配问题的基础上容易获得和高度稳定的Al 2 O3，并促进其实际应用的发展向前迈进了一步。
2021-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simultaneous Oxygen and Boron Trifluoride Functionalization of Hexagonal Boron Nitride: A Designer Cathode Material for Energy Storage
共价官能化是一种调节六方氮化硼（h-BN）单层电化学性能的方法。宽带隙绝缘体h-BN可以在用强氧化剂官能化时变成金属导体，所述强氧化剂例如氟磺酰基（$\cdot$ OSO $_2$ F），如自1978年以来已知的[N. Bartlett等人，J. Chem. Soc. Chem. Comm. { \bf 5}，200（1978）]，电导率为1.5 S/cm [C. Shen等人，J. Solid State Chem. { \bf 147}，74（1999）]，其大大超过商业阴极材料Li $_{x}$ CoO $_{2}$，同时保持优异的离子导电性。官能化氮化硼（FBN-s）在能量存储装置（例如固态电池）中的阴极应用中具有巨大的潜力。虽然氟磺酰基官能化不太可能产生可再充电阴极，但类似于氟化石墨烯（CF $_x$），本文讨论的一些其他FBN-s可以。在目前的工作中，芴，氧和组合的氧和三氟化硼的功能化进行了研究，能带结构计算的基础上。由于FBN-s的开放表面，Li、Na和Mg离子的快速离子扩散是可能的，使得电池具有2.1-5.6 V的电压、800-1200 Wh/kg的理论能量密度以及快速充电和放电。
2018-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of graphene quantum dots: the role of chiral symmetry
采用精确的\textit{ab initio}多体$GW$和Bethe-Salpeter计算方法对石墨烯量子点的电子和光学性质进行了研究。我们发现，最原始的GQD，包括具有不规则形状的结构，其特征在于暗低能量单重激发，猝灭荧光。我们通过利用石墨烯中低能电子态的手征对称性来合理化这一性质。边缘\textit{sp} $^3$功能化被证明有效地通过扭曲\textit{sp} $^2$骨架平面对称性来照亮这些低位激发。这样的发现揭示了一个原始的间接方案的功能化的光致发光性能的影响。
2020-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Thermal Transport across the Interface between Charged Graphene Electrodes and Poly(ethylene oxide) Electrolytes by Non-covalent Functionalization
电极和聚合物电解质之间的界面热传递在固态锂离子电池（SLIB）的热管理中起着至关重要的作用。用功能分子修饰电极表面可以有效地增加电极和聚合物（例如，电解质、隔膜）;然而，它们如何影响充电/放电期间SLIB中的界面热传递仍然未知。在这项工作中，我们进行分子动力学（MD）模拟研究之间的ITC充电电极和固态聚合物电解质（SPE）与离子液体（IL）混合。我们发现，离子液体可以自组装在电极表面，并作为非共价功能分子，可以显着提高充电/放电过程中的界面热传输，因为在界面处形成一个密集的阳离子或阴离子层。虽然带电电极和离子液体离子之间的静电相互作用是形成这些致密界面层的原因，但ITC的增强主要是由带电电极和离子液体之间增加的Lennard-Jones（LJ）相互作用贡献的。这项工作可能会提供有益的见解，了解在充电/放电过程中的SLIBs的电极和电解质之间的界面热传输。
2021-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of fluorine patterns on electronic transport in fluorinated graphene
在随机反应分子动力学模拟的框架内，我们开发了一种统计方法来生成具有所需氟分布的氟化石墨烯结构。研究了不同功能化程度和体系有序度下氟化石墨烯的电子输运性质。我们发现氟分布的不规则性和电子性质之间有很强的相关性。特别是，所提出的考虑使我们能够再现实验观察到的氟化石墨烯的传输特性中的电子-空穴不对称性和最近在10%氟化物含量下揭示的电导率峰。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci
A Torsional potential for graphene derived from fitting to DFT results
我们提出了一个简单的扭转势石墨烯，以准确地描述其出平面变形。通过适当的拟合与适当的DFT计算得到的参数的潜在的变形能量的石墨烯片折叠在两个不同的折叠轴，沿扶手椅或沿Z字形方向。去除弯曲角度的能量贡献，使用先前引入的角度弯曲势，我们分离出纯扭转变形能量，然后将其拟合到简单的扭转力场。所提出的面外扭转势可以准确地拟合高达0.5 rad的相对较大扭转角的变形能。为了测试我们提出的潜力，我们将其应用到一个单一的碳原子的石墨烯平面的垂直位移的问题，并比较所获得的变形能与相应的DFT计算。在这两种情况下，对于高达约0.5 $Å$的位移，形变能对被拉碳原子的垂直位移的依赖性是不可区分的。所提出的潜力是适用于其他sp $^2$碳结构。
2017-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Rapid synthesis of uniformly small nickel nanoparticles for the surface functionalization of epitaxial graphene
NEST, Istituto Nanoscienze–CNR and Scuola Normale Superiore（NEST，意大利国家研究委员会纳米科学研究所和比萨高等师范学院）；Department of Physical Science, Earth, and Environment, University of Siena（锡耶纳大学地球与环境物理科学学院）；Graphene Laboratories, Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学石墨烯实验室）
提出一种以 CTAB 为封端剂、在水溶液中快速合成平均约 11 nm 均匀 Ni 纳米颗粒的方法，并验证其可用于外延石墨烯表面功能化且在 550°C 下保持结构稳定。
2024-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
