Buffer Layer Engineering on Graphene via Various Oxidation Methods for Atomic Layer Deposition
使用原子层沉积在石墨烯上集成高k氧化物需要电可靠的缓冲层。在这项研究中，Y被选为缓冲层，由于最高的稀土元素的氧化能力和各种氧化方法（大气，高压O2和臭氧）被施加到Y金属缓冲层。通过优化顶栅绝缘层的氧化条件，我们成功地提高了顶栅Y2 O3绝缘层的电容，并证明了双层石墨烯在外加电场下具有较大的Ion/Ioff比。
2016-10-31 cond-mat.mtrl-sci
In-situ Raman study of laser-induced graphene oxidation
本文利用原位拉曼光谱研究单层石墨烯的激光诱导氧化，揭示其分为热致拉伸应变和氧结合p型掺杂两个阶段，并证明可通过光学方法实现亚微米图案化。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Local anodic oxidation on hydrogen-intercalated graphene layers: oxide composition analysis and role of the silicon carbide substrate
我们研究了纳米级局部阳极氧化（LAO）的氢插层石墨烯生长的碳化硅（SiC）的控制升华。扫描探针显微镜（SPM）被用作光刻和表征工具，以调查的纳米制造结构的局部性能。石墨烯氧化过程后观察到的异常厚度与LAO对衬底的影响有关。显微拉曼光谱被用来证明存在两个氧化制度取决于所施加的偏压。我们表明，部分和全部单层石墨烯的蚀刻可以通过调整偏置电压在LAO。最后，通过扫描电子显微镜和能量色散谱（EDS）实现了完整的组成表征。
2018-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Photo-oxidation of Graphene in the Presence of Water
发现氧分子在水存在下在强光照射下与石墨烯表现出不可忽略的反应性。该反应是由激光拉曼光谱测量本身触发的，而D波段（约1000 nm）是由激光拉曼光谱测量本身触发的。1340 cm-1）随着激光照射时间的延长而变大。石墨烯衍生物的电子输运性质也进行了研究，发现电子和空穴迁移率都降低。这些结果归因于石墨烯的氧化。这种原始的修饰方法可以用来操纵石墨烯的结构和电子性质。
2013-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Gate-controlled photo-oxidation of graphene for electronic structure modification
石墨烯是一种可编程材料，它允许我们通过场效应门控来控制表面现象。在各种表面现象中，已知光氧化是在很大程度上控制石墨烯的电子结构的简便方法。在这项研究中，栅极可控性的石墨烯的光氧化是彻底检查使用场效应晶体管配置。水分子的存在增强了门的可控性，这可以用水-氧共吸附图像来解释。此外，光氧化反应从石墨烯通道的边缘向中心发展，这可以通过边缘场效应来理解。通过使石墨烯通道变窄成功地获得了半导体特性，这表明在温和条件下可能形成石墨烯纳米颗粒，即，在室温下的空气中。
2020-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Patterning and tuning of electrical and optical properties of graphene by laser induced two-photon oxidation
石墨烯是一种稳定、耐用、柔性、透明的材料，具有优异的导电性和不寻常的光学性质，在电子学、光子学和光电子学中有着许多新的应用。对于电子学中的应用，电性质的图案化和改性是非常期望的，因为原始石墨烯没有带隙。在这里，我们展示了一个简单的全光学图案化方法的石墨烯，基于激光诱导双光子氧化。通过调节照射强度和脉冲数，可以高精度地控制氧化水平，因此可以引入带隙，并且可以连续地调节电学和光学性质。可以对空气悬浮单层石墨烯或基底上的石墨烯进行任意复杂的图案化。该方法在室温下在环境空气中工作，并且不需要额外的处理步骤。所提出的概念允许用全光学方法开发全石墨烯电子和光电子器件以及复杂电路。
2014-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Engineering graphene by oxidation: a first principles study
石墨烯环氧化物，与氧原子排列在原始石墨烯片，在这封信中进行了理论研究。两个不同的阶段：亚稳态夹紧和解压缩结构的揭示与实验一致。在稳定（解链）阶段，环氧基在sp2键下方断裂，并显著改变石墨烯的机械和电子性质。可折叠的环氧环结构使其杨氏模量降低了42.4%，而拉伸强度几乎不变。环氧化也扰动的π状态，并打开两个阶段的半导体间隙，依赖于环氧化的密度。在解压缩的结构中，费米能级附近的局域态类似于石墨烯纳米带中的边缘态。本文报道的研究为石墨烯相关材料的氧化功能化铺平了道路。
2009-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling Graphene from SiC(0001) via Oxidation
当在SiC（0001）上形成外延石墨烯层时，第一碳层（称为“缓冲层”）虽然相对容易合成，但不具有石墨烯的期望的电性质。导电性差是由于通过共价键合到SiC衬底的石墨烯π带的破坏。在这里，我们表明，它是可能的恢复石墨烯π带通过使用低温，CMOS兼容的过程中，不损坏石墨烯层的缓冲层和SiC衬底之间插入一个薄的氧化物层。
2010-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation-assisted graphene heteroepitaxy on copper foil
我们提出了一种创新的，易于实现的方法来合成大面积的电子晶体石墨烯片的铜箔上的化学气相沉积。该方法双重利用了气相中存在的残余氧。首先，通过轻微氧化铜表面，我们诱导晶界钉扎在铜，因此，冻结的热再结晶过程。随后铜在氢气下的还原突然解锁延迟的重构，有利于厘米尺寸的铜（111）晶粒通过异常晶粒生长机制的生长。其次，铜表面的氧化也大大降低了石墨烯的成核密度。该氧化/还原顺序导致与铜（111）外延配准的对齐的毫米尺寸的单层石墨烯域的合成。所生长的石墨烯薄片被证明是单晶的和高质量的。
2016-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation resistance of graphene-coated Cu and Cu/Ni alloy
保护精炼金属免受反应环境影响的能力对许多工业和学术应用至关重要。然而，目前的解决方案通常会引入一些负面影响，包括增加的厚度和金属物理性质的变化。在本文中，我们首次证明了通过化学气相沉积生长的石墨烯膜保护Cu和Cu/Ni合金的金属生长衬底的表面免受空气氧化的能力。SEM、拉曼光谱和XPS研究表明，即使在空气中以200 \degree C加热长达4小时后，金属表面也能很好地防止氧化。我们的工作进一步表明，石墨烯提供了对过氧化氢的有效电阻。这种保护方法具有显著的优点，可以用于催化石墨烯生长的任何金属。
2010-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Nanocrystal Growth on Graphene with Various Degrees of Oxidation
我们展示了一个一般的两步法生长氢氧化物和氧化物纳米晶体的铁族元素（镍，钴，铁）石墨烯上的两个程度的氧化。在水热反应条件下，在低氧化程度的石墨烯片（GS）和高氧化程度的氧化石墨（GO）上观察到了明显不同的石墨烯生长行为。在GS表面预包覆少量含氧表面基团的小颗粒扩散并重结晶为具有良好形貌的单晶氢氧化镍Ni（OH）2六方纳米片或氧化铁Fe2O3纳米棒。相比之下，预涂覆在GO上的颗粒被GO上的高浓度氧基团和缺陷钉扎而没有重结晶成明确限定的形状。调节反应温度可以组合以进一步控制在石墨烯上生长的材料。对于与石墨烯具有弱相互作用的材料，提高反应温度可导致表面物质扩散和重结晶成更大的晶体，即使在高度氧化和有缺陷的GO上。我们的研究结果提出了一种有趣的新方法来控制石墨烯上生长的纳米材料的形态，通过调整石墨烯的表面化学作为晶体成核和生长的衬底。
2010-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation stability of confined linear carbon chains, carbon nanotubes, and graphene nanoribbons as 1D nanocarbons
三种典型的一维（1D）/准一维纳米碳，线性碳链，碳纳米管和石墨烯纳米带已被证明可以在单壁碳纳米管中生长。这就产生了三种类型的混合材料，它们的行为和性能相互比较还远未被理解。在最近发表的工作中证明这些纳米结构材料的合成是成功的之后，我们现在已经能够通过使用共振拉曼光谱系统地研究它们的氧化稳定性。令人惊讶的是，理论上预测非常不稳定的线性碳链实际上在碳纳米管主体的保护下在高达500 °C下是热稳定的。此外，在较窄的碳纳米管中较长的线性碳链比在较大的管中较短的线性碳链更稳定，这表明热稳定性不仅取决于单独的线性碳链的长度，但它是以更复杂的方式与宿主管的限制相关。此外，石墨烯纳米带总体上被认为是最稳定的受限结构。另一方面，（6，5）CNT相对于其（6，4）对应物的更高稳定性等特性使得这项研究为进一步研究这些1D纳米碳（包括真正的1D线性碳链）在环境条件下的应用提供了坚实的平台。
2021-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The epitaxial-graphene/graphene-oxide junction, an essential step towards epitaxial graphene electronics
已经沉积氧化石墨烯（GO）薄片以桥接两个外延石墨烯电极之间的间隙以产生全石墨烯装置。电学测量表明，由于GO中的带隙，在石墨烯/氧化石墨烯结处存在肖特基势垒（SB）。发现势垒高度约为0.7 eV，并且在180 $^\circ$ C退火后降低，这意味着可以通过改变氧化程度来调节间隙。发现GO迁移率的下限为850 cm $^2$ /Vs，与硅相当。已经实现了图案化外延石墨烯的{ \it In situ}局部氧化。
2008-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Oxidation of graphite surface: the role of water
基于密度泛函计算，我们证明了石墨烯和石墨之间的氧化模式和氧化后形成的缺陷的显着差异。逐步建模表明，80%的石墨表面的氧化是有利的。超过一半的石墨表面的氧化显著降低了空位形成与CO2产生的能量成本。水的存在对环氧基向羟基的转化、进一步成束的插层和剥离至关重要。在富水条件下，水在氧化和氧化的初始阶段嵌入石墨，这与自支撑石墨烯的氧化过程相似;相反，在无水条件下，大分子只有在氧化发生在一半以上的表面上之后才嵌入石墨。
2014-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Growth of Thin Oxidation-Resistive Crystalline Si Nanostructures on Graphene
我们报道了硅纳米结构的生长，无论是作为薄膜或纳米颗粒，在石墨烯衬底上。所示的Si纳米结构是单晶的，空气稳定和抗氧化性，所示的单晶Si拉曼模式在约520 cm-1，在环境条件下的有序表面结构的STM图像，和与石墨的肖特基结的观察。超薄硅区表现出类似硅的行为，包括在约550 cm-1处的拉曼模式，STM中的三角形晶格结构，其具有与石墨烯或较厚Si的晶格间距明显不同的晶格间距，以及比石墨高高达500倍的金属导电性。这项工作提出了一种自下而上的方法来形成硅纳米结构阵列上的大规模图案化的石墨烯基板制造纳米硅电子器件。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Oxidized Graphene
基于第一性原理计算，我们系统地研究了氧化对石墨烯结构和电子性质的影响。确定了能量有利的原子构型和结构单元，其含有彼此紧密接近的环氧基和羟基。这些单元的不同布置产生在几eV的范围内的LDA带隙。这些结果表明，通过改变氧化水平和表面上的环氧化物和羟基官能团的相对量，可以在石墨烯中产生和调节带隙。
2009-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of the degree of oxidation of graphene oxide on As(III) adsorption
氧化石墨烯和砷之间相互作用的研究对于吸附材料的开发具有重要意义，并作为了解这两种材料在环境中如何相互作用的一种方式。在这项工作中，我们表明，As（III）吸附，主要是H3 AsO 3，氧化石墨烯是依赖于其氧化程度。高锰酸钾浓度的变化导致C/O比从1.98增加到1.35，C-OH和C-O-C浓度分别为18%和32%。研究了三种氧化程度，氧化程度较低的材料达到了124 mg/g的最大As（III）吸附容量，而氧化程度最高的石墨烯在pH 7时达到了288 mg/g的值，据作者所知，这是文献中报道的最高值。氧化石墨烯和As（III）之间的相互作用也通过密度泛函理论（DFT）计算机模型进行了研究，显示氧化石墨烯主要通过氢键与As（III）相互作用，其与羟基和环氧基团的相互作用能分别为378和361 kcal/mol。最后，细胞毒性测试表明，无论氧化程度如何，氧化石墨烯在50 μg/ml时的细胞活力为57%。
2019-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Oxygen Adsorption on the Local Properties of Epitaxial Graphene on SiC (0001)
利用低能电子显微镜（LEEM）、微探针低能电子衍射（\muLEED）和微探针角分辨光电子能谱（\muARPES）研究了氧吸附对SiC（0001）表面单层石墨烯局域结构和电子性质的影响。我们发现，SiC（0001）上的外延石墨烯缓冲层在氧化后部分去耦。氧化过程的监测表明，氧饱和的Si悬挂键，打破一些Si-C键在界面处，并插入石墨烯层。精确控制氧化参数使我们能够调整层中的电荷密度调制。
2012-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Boron-doped graphene -- DFT study of the role of dopant concentration and oxidation on sodium and aluminium storage applications
本文利用DFT计算研究硼掺杂浓度和氧化对石墨烯反应活性、电导率及钠/铝存储性能的影响，发现硼掺杂和氧化可将钠存储容量提高至4倍。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Hydration Peculiarities of Graphene Oxides with Multiple Oxidation Degrees
氧化石墨烯（GO）的水化性质对于其大多数潜在应用是必不可少的。在这项工作中，我们采用原子分子动力学模拟，调查七个GO组合物与不同水平的氧化。比较了GO的两种原子电荷模型：（1）sp2碳是纯粹的Lennard-Jones位点;（2）sp2碳电荷与CHELPG方案一致。结构特性被发现依赖于不显着的电荷模型，而热力学显得非常敏感。特别地，与更精确的模型相比，简化的模型提供了系统性更强的GO/水耦合。对于所有GO组合物，水合自由能在-5至-45kJ mol-1的范围内，表明水合即使对于适度的氧化程度也是化学上有利的，因此与原始石墨烯和石墨的情况显著不同。由此呈现的结果和讨论为GO的现代应用提供了物理背景，例如在涉及生物分子的过程中的超级电容器的电极和抑制剂中。
2017-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning Accelerated Computational Surface-Specific Vibrational Spectroscopy Reveals Oxidation Level of Graphene in Contact with Water
State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, iChEM, College of Chemistry and Chemical Engineering, Discipline of Intelligent Instrument and Equipment, Xiamen University（厦门大学化学化工学院物理化学固体表面国家重点实验室）；Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University（厦门大学彭唐沙微纳科学技术研究院）；Institute of Artificial Intelligence, Xiamen University（厦门大学人工智能研究院）
本研究利用机器学习和第一性原理计算揭示石墨烯氧化对界面水结构的影响，通过振动光谱变化表征氧化程度，为催化和电化学领域提供新的研究视角。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A DFT study of B-doped graphene as a metal-anchor: effects of oxidation and strain
University of Belgrade - Faculty of Physical Chemistry（贝尔格莱德大学物理化学学院）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）
本研究通过DFT方法探讨了B掺杂石墨烯与四种金属的相互作用，分析了掺杂浓度、氧化和应变对吸附性能的影响，揭示了B掺杂增强金属吸附能力的机制。
2026-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Graphene Oxidation: Thickness Dependent Etching and Strong Chemical Doping
图案化石墨烯在未来的分子尺度集成电子学中显示出巨大的应用潜力。环境效应是单层材料的关键问题，其中每个原子都在表面上。特别有趣的是，分子氧与芳香分子之间存在着丰富的化学相互作用。我们发现，O2蚀刻动力学变化强烈与样品中的石墨烯层的数量。三层厚的样品显示出类似于块状天然石墨的蚀刻。单层石墨烯反应更快，并显示出随机的蚀坑，与天然石墨相比，成核发生在点缺陷处。此外，基面氧物质强烈地空穴掺杂石墨烯，具有~ 0.5eV的费米能级位移。这些氧物种在Ar气流中或在远UV光照射下部分解吸，并在室温下在O2气氛中再次再吸附。这种强掺杂的石墨烯与通过无机酸攻击制成的氧化石墨烯非常不同。
2008-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Oxidation-resilient structural modifications in Nickel-functionalized 3D-graphene for hydrogen storage applications
Istituto Nanoscienze–CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；NEST-Scuola Normale Superiore（新实验科学与技术学院-高等师范学校）；Department of Physical Science, Earth, and Environment, University of Siena（锡耶纳大学地球与环境物理科学系）；Institute of Sensor and Actuator Systems, TU Wien（维也纳工业大学传感器与致动器系统研究所）；CNR - Istituto Officina dei Materiali (IOM)（意大利国家研究委员会材料工厂研究所）
本研究通过镍纳米颗粒功能化三维石墨烯，结合扫描电镜、X射线光电子能谱等表征手段，探究其对氢吸附与抗氧化性的影响，为提升储氢材料稳定性提供了潜在策略。
2026-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Chemically edge-carboxylated graphene enhances thermal conductivity of polyetherimide-graphene nanocomposites
在这项工作中，我们证明了石墨烯的边缘氧化可以使石墨烯-纳米片（GNP）/聚醚酰亚胺（PEI）复合材料的热导率（k）相对于石墨烯的基面的氧化有更大的提高。边缘氧化（EGO）提供了使石墨烯的基面保持完整的优点，保持其高的面内热导率（kin > 2000 Wm-1 K-1），而同时，在石墨烯边缘上引入的氧基团通过与聚醚酰亚胺（PEI）的氧基团的氢键结合增强了界面热导率，增强了整体聚合物复合材料的热导率。在本工作中，通过在氯酸钠和过氧化氢的存在下氧化石墨烯，在石墨烯的边缘上引入羧基来实现边缘氧化。另一方面，通过Hummers方法实现的石墨烯（BGO）的基面氧化使石墨烯的sp2碳-碳网络扭曲，显著降低其固有热导率，导致BGO/PEI复合材料k甚至低于原始GNP/PEI复合材料k值。发现相对于原始GNP/PEI复合材料（对于10重量% GNP含量），EGO/PEI复合材料的所得热导率提高了18%，而BGO/PEI复合材料的热导率降低了57%。2-石墨烯纳米片的三维拉曼映射用于确认和区分石墨烯上氧官能团的位置。在这项工作中提出的边缘粘合的优越效果可以导致从根本上实现高导热性聚合物复合材料的新途径。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxidation of graphene on metals
我们使用低能电子显微镜来研究石墨烯是如何通过与氧气的反应从Ru（0001）和Ir（111）中去除的。我们发现Ru（0001）上存在两种机制。在短时间内，氧与周围Ru表面上的碳单体反应，将其浓度降低到平衡值以下。这种不饱和导致碳从石墨烯流向单体气体。在这种初始机制中，石墨烯以与控制生长的碳单体浓度相同的非线性依赖性精确给出的速率被蚀刻。因此，在生长和蚀刻过程中，碳作为几个碳原子的簇附着和脱离石墨烯。在稍后的时间，蚀刻加速。我们提出的证据表明，这个过程涉及插层氧，这使石墨烯不稳定。在Ir上，这种机制产生了可观察到的空穴。它也主要快速地发生在石墨烯岛中的褶皱附近，取决于石墨烯相对于Ir衬底的取向，并且与第一种机制相反，可以增加碳单体的密度。我们还观察到Ir上的双层石墨烯岛的两层一起蚀刻，而不是顺序蚀刻。
2010-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Stability of boron-doped graphene/copper interface: DFT, XPS and OSEE studies
研究了通过含有硼源的鼓泡器使用两种不同流量的Ar合成的两种不同类型的硼掺杂石墨烯/铜界面。X射线光电子能谱（XPS）和光激电子发射（OSEE）测量表明，硼掺杂的石墨烯涂层提供了铜基底的高耐腐蚀性，并且碳覆盖层的氧化痕迹很轻。密度泛函理论计算表明，对于替代型（石墨型）硼缺陷的情况，只有硼杂质附近的氧化在能量上是有利的，而空位的产生会导致铜衬底的氧化在能量上是不利的。在该区域的非石墨硼缺陷氧化的情况下，附近的杂质是亚稳态的，其不仅防止氧化，而且制造硼掺杂的石墨烯。氧还原反应的模拟表明，这些材料的高催化性能。
2018-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
In situ X-ray diffraction studies of graphite oxidation reaction indicating different exfoliation mechanism than ex site studies
我们提供了一个简单的概述，溶剂为基础的石墨烯生产和总结目前的知识，通过石墨层间化合物进行氧化石墨的形成机制。此外，我们的原位X射线衍射调查到这个过程中的结果，讨论和对比的结果，由其他作者，谁采用相同的氧化协议，但检查样品的非原位X射线衍射。我们的研究结果表明，与其他作者的许多报告相反，没有强的结晶顺序，独特的石墨层间化合物以及氧化石墨，如果它们保持在浓酸中的发展。此外，还显示出，取决于浓度，硫酸分子显著削弱石墨中的石墨烯-石墨烯相互作用。因此，只要有足够的能量输入来分离石墨烯层，浓硫酸就可以是石墨烯分散体的良好溶剂。
2017-01-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
On the evolution of oxidative etching of few layer graphene (FLG) in FLG /TiO$_2$ nanocomposites. Interfacial dipole signature and chemical shift in C1s X-ray photoemission spectra
我们提出了氧化蚀刻在FLG/TiO $_2$杂化物中对FLG边缘化学/形态的影响，也解决了TiO $_2$ NPs的催化活性。根据XPS和TGA分析，氧化程度强烈地依赖于TiO $_2$：FLG比率。采用溶胶-凝胶法和原位氧化法制备了两个系列的FLG/TiO $_2$杂化材料，以Tip峰为参照，对C1 s XPS的化学组成、芯位移和电荷分布进行了准确描述和区分。由于来自样品和外来碳参比的C1s峰重叠，这种分析在碳材料中具有挑战性。我们认为界面偶极的形成可能是TiO $_2$向FLG电荷转移的直接信号。测量C1s（sp $^2$ C）向下移动至1.4 eV，并在复合材料中确定非sp $^2$ C的贡献。TEM/SEM观察结果支持与氧化相关的改性，并涉及非催化氧化和机械混合组分中的氧化。关键词：氧化刻蚀、石墨烯边缘、TiO $_2$催化剂、界面偶极子、XPS、电荷转移
2022-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Repair of magnetism in oxidized graphene nanoribbons
提出了在实际氧化石墨烯纳米带中建立磁性的新途径。采用密度泛函理论模拟了氧钝化后石墨烯纳米带中羟基从中心向锯齿形边缘迁移的过程。在边缘附近的羟基基团的存在导致形成悬挂键，而不是饱和，由于氧化和修复的磁性减少边缘氧化。并对新型磁性石墨烯纳米带的制备方法和稳定性进行了讨论。
2010-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Manganese reduction/oxidation reaction on graphene composites as a reversible process for storing enormous energy at a fast rate
氧还原/析氧反应（ORR/OER）是燃料电池或金属空气电池的基本过程。然而，ORR/OER通常需要贵金属催化剂，并且具有O2的低溶解度（10-3摩尔/升）、低动力学速率（10- 6cm 2/s）和低可逆性的缺点。我们报告了石墨烯/MnO 2复合材料上的锰还原/氧化反应（MRR/MOR），提供了高容量（4200 mAh/g）、快速动力学（0.0024 cm 2/s，比ORR/OER高三个数量级）、高溶解度（比O2高三个数量级）和高可逆性（100%）。我们进一步利用MRR/MOR发明了可充电锰离子电池（MIB），其提供1200 Wh/Kg的能量密度（锂离子电池的数倍）、快速充电能力（3分钟）和长循环寿命（10，000次循环）。MRR/MOR提供了一种新型的能量转换或存储系统，其具有非常高的能量密度，使得电动车辆一次充电可以行驶更多的里程。
2014-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Curved graphene nanoribbons derived from tetrahydropyrene-based polyphenylenes via one-pot K-region oxidation and Scholl cyclization
本研究通过一锅法K区氧化和Scholl环化，首次溶液合成了具有弯曲结构的芴基石墨烯纳米带PyGNR，其带隙窄、迁移率高，性能优于传统方法制备的弯曲GNRs。
2024-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unveiling the Oxidation Mechanisms of Octa-Penta Graphene: A Multidimensional Exploration from First-Principles to Machine Learning
本研究结合第一性原理计算和机器学习分子动力学模拟，系统揭示了新型碳同素异形体 OPG 的氧化机制、氧迁移模式及氧化诱导的电子性质转变，为其在电池和涂层等领域的应用提供了理论依据。
2025-03-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Shungite as loosely packed fractal nets of graphene-based quantum dots
本文首次尝试基于石墨烯科学积累的知识在微观水平上重建顺碳的起源。我们的方法的主要思想是，在水性环境中进行氧化/还原反应的主要生成的石墨烯薄片（地质文献中的芳香族石墨烯）的化学转化的不同功效奠定了天然条件下石墨和顺式衍生物的差异的基础。在石墨的情况下，低效率的反应不会阻止大石墨层的形成，而高效率的氧化/还原将初始石墨烯薄片转化为尺寸为约lnm的还原氧化石墨烯的那些。这些基本结构单元的多级聚集，归因于石墨烯量子点的顺式碳，导致顺式碳的分形结构，从而将其展示为天然碳的新的同素异形体。在分析现有的经验数据时，所提出的微观观点得到了可靠的证实。
2013-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Boron Nitride Nanosheets for Metal Protection
虽然石墨烯的高不渗透性使其成为抑制金属氧化和腐蚀的优异屏障，但石墨烯可以与底层金属形成原电池，长期促进金属的腐蚀。具有类似不可渗透性的氮化硼（BN）纳米片可能是作为保护屏障的更好选择，因为它们比石墨烯更热和化学稳定，更重要的是，由于它们的电绝缘性，不会引起电化学腐蚀。在这项研究中，通过化学气相沉积生长的商业BN纳米片作为金属上的保护涂层的性能进行了研究。在250 °C下在空气中加热覆盖有BN纳米片的铜箔超过100小时导致比在相同条件下加热2小时的裸铜箔显著更少的氧化。电化学分析表明，BN纳米片涂层可以增加开路电位，并可能减少下面的铜箔在氯化钠溶液中的氧化。这些结果表明，BN纳米片是一个很好的候选人的氧化和腐蚀保护，虽然导电原子力显微镜分析表明，保护的有效性依赖于BN纳米片的质量。
2015-03-04 cond-mat.mtrl-sci
A Computational Investigation of the Catalytic Properties of Graphene Oxide: Exploring Mechanisms Using DFT Methods
在这里，我们描述了一个计算研究进行的努力，以阐明背后的实验观察到的氧化石墨烯氧化物（GO）催化的氧化和水合反应的反应机制。使用苯甲醇氧化成苯甲醛作为模型反应，密度泛函理论（DFT）计算表明，该反应性源于氢原子从有机分子转移到GO表面。特别是，相邻的环氧基团装饰GO的基面开环，导致二醇的形成，然后脱水。与实验观察到的这种化学对分子氧的依赖性一致，我们的计算表明，部分还原的催化剂能够被分子氧再充电，从而允许催化剂周转。计算出无官能团的碳材料（例如石墨）具有显著更高的反应势垒，表明GO的高化学势和丰富的官能度对于所观察到的反应性是必要的。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electrochemical Grafting of Naphthylmethyl Radicals to Epitaxial Graphene: A Versatile Platform to Reversibly Engineer the Band Structure and Transport Properties of Graphene
Kolbe电化学氧化策略已被用于实现α-萘基甲基官能团到石墨烯的有效准可逆电化学接枝。该方法有助于石墨烯中的可逆带隙工程和电化学可擦除有机介电膜的制备。图为两个系统的拉曼D波段图。
2013-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Enhanced Half-Metallicity in Edge-Oxidized Zigzag Graphene Nanoribbons
我们提出了一个新的全面的第一性原理理论研究的电子性质和相对稳定性的边缘氧化锯齿形石墨烯纳米带。考虑的氧化方案包括羟基、羧基、醚基和酮基。使用屏蔽交换密度泛函理论，我们表明，这些氧化带比氢封端的纳米带更稳定，除了醚基团的情况下。稳定的氧化配置保持自旋极化的基态与反铁磁有序定位在边缘，类似于完全氢化的同行。更重要的是，边缘氧化被发现，以降低发病电场所需的诱导半金属的行为和扩展的整体领域的范围内，系统保持半金属。一旦达到半金属状态，外部电场强度的进一步增加会使自旋磁化强度迅速下降，直到磁化强度完全淬灭。最后，我们发现含氧的边缘基团对反铁磁基态和上面铁磁态之间的能量差的影响很小。
2007-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Atomically Thin Boron Nitride: Unique Properties and Applications
原子薄的氮化硼（BN）是一种重要的二维（2D）纳米材料，具有许多不同于石墨烯的性质。在这篇专题文章中，概述了石墨烯通常无法实现的这些独特特性和相关应用。本文从原子级薄BN的表征和鉴定开始。随后展示了它们在高温下的强抗氧化性以及在保护金属免受氧化和腐蚀方面的应用。作为平面绝缘体，BN纳米片是表面增强拉曼光谱（SERS）和基于二维异质结构的电子器件的理想介质基底。BN纳米片在深紫外（DUV）和紫外（UV）区域的光发射也包括其科学和技术重要性。最后一部分是致力于BN纳米带，一种特殊形式的纳米片的合成，表征和光学性能。
2016-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen dissociation on the C3N monolayer: A first-principles study
在暴露于空气中的原始C3N单分子膜上的氧解离和氧化结构是C3N工程和表面功能化的不可避免的关键问题，但尚未详细揭示。利用第一性原理计算，我们系统地研究了O2可能的吸附位点，各种O2解离途径和氧化结构。研究表明，与原始石墨烯相比，原始C3 N单层显示出更多的O2物理吸附位点，并且表现出更强的O2吸附。在各种解离途径中，最优选的一种是涉及具有化学吸附的O2的中间状态的两步过程，并且势垒低于原始石墨烯上的势垒，这表明原始C3N单层比原始石墨烯更容易氧化。此外，我们发现，最稳定的氧化结构不是由最优选的解离途径产生的，而是由直接解离过程产生的。这些结果可以推广到广泛的温度和压力范围内使用从头算原子热力学。我们的研究结果加深了对环境条件下2D结晶氮化碳化学稳定性的理解，并可以通过掺杂和氧化来定制表面化学结构。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
First Principles NMR Signatures of Graphene Oxide
核磁共振（NMR）已广泛应用于氧化石墨烯（GO）结构的研究。然而，其光谱特征和GO结构构型之间的详细关系仍然难以捉摸。基于第一性原理$^{13}$ C化学位移的GIPAW方法，我们给出了一个光谱-结构关系。发现碳的化学位移对原子环境非常敏感，即使具有相同的氧化基团。讨论了环氧基和羟基化学位移的影响因素。已经从NMR的角度检查了先前在文献中报道的GO结构。根据我们的NMR模拟，能量上有利的羟基链结构预计不会广泛存在于真实GO样品中。我们先前提出的环氧对也得到了化学位移计算的支持。
2010-04-02 cond-mat.mtrl-sci
Sodium storage via single epoxy group on graphene - The role of surface doping
由于其独特的物理和化学性质，石墨烯被认为是一种有前途的能量转换和存储应用材料。在石墨烯上/中引入官能团和掺杂剂是调节其性质的有用策略。为了充分利用其潜力，需要对其与这些应用的重要物种的相互作用进行原子级理解。我们提出了一个DFT研究的钠原子与环氧石墨烯的相互作用，并分析这种相互作用是如何影响掺杂硼和氮。我们展示了掺杂剂如何与含氧基团结合，改变石墨烯对Na的反应性。掺杂剂充当环氧基团的吸引子，当与未掺杂的环氧-石墨烯的情况相比时，增强了钠在掺杂的氧官能化石墨烯上的吸附。此外，通过考虑Na与掺杂的环氧-石墨烯的相互作用的热力学，已经得出结论，这种材料是Na存储应用的良好候选者。因此，我们认为，掺杂碳材料的控制氧化可能导致可充电钠离子电池的先进阳极材料的发展。
2018-01-25 cond-mat.mtrl-sci
The First Precise Determination of Graphene Functionalisation by in situ Raman Spectroscopy
我们首次报道了一项涉及量子力学计算支持的原位拉曼光谱的全面研究，以前所未有的精度准确监测与石墨烯的共价结合。作为模型反应，我们选择了还原石墨（$KC_8$）与$H_2O$的氢化反应，并将其与相应的暴露于$H_2$和$O_2$进行比较。石墨烯氢化的早期阶段伴随着一系列迄今未发现的D带（$D_1$ - $D_5$）的演化。使用量子力学计算，我们能够明确地将这些带分配给共价键加数附近的不同晶格振动。有趣的是，$KC_8$暴露于$H_2$和$O_2$不会引起共价结合，而是分别嵌入分子$H_2$或部分氧化。$H_2O$和$O_2$处理的组合导致形成额外的羟基（-OH）官能团。后一种反应代表了在环境条件下（氢化和羟基化）石墨烯分解的非常合适的模型。我们已经应用这种拉曼分析来模拟和令人满意地表征一系列额外的共价官能化的石墨烯衍生物，其作为具有不同组成（例如，官能化程度和共价加成物的性质）的本体材料制备，展示了概念的一般性和石墨烯化学的基本价值。
2017-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Monte Carlo Benchmarking of Molecular Adsorption on Graphene-Supported Single Pt Atom
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Konkuk University（建国大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
本研究通过量子蒙特卡洛方法评估了石墨烯支撑单个铂原子上分子吸附的计算性能，揭示了DFT与DMC在吸附能预测上的差异及CO中毒问题。
2025-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Comment on 'First principles calculation of lattice thermal conductivity in mono- and bi-layer graphene' (arXiv:0902.0642)
在最近的预印本中，Kong等人，arXiv：0902.0642v1（2009）声称“从第一原理”计算单层和双层石墨烯的晶格热导率。主要的发现是，Umklapp限制的热导率仅略高于沿基面的高质量块状石墨的热导率，并且它并不强烈地依赖于原子层的数量。在这里，我们解释说，孔等人的计算使用了一个截断程序与“隐藏”的参数，截止频率的长波长声学声子，这基本上决定了最终的结果。与块状石墨不同，在石墨烯中引入长波声子的截止频率没有物理依据。这导致了对石墨烯晶格热导率的严重低估，以及对原子层数依赖性的错误结论。我们概述了计算石墨烯的晶格热导率的适当方法，这需要引入其他散射机制，以避免热导率积分的对数发散。
2009-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
