Phosphorene Oxide: Stability and electronic properties of a novel 2D material
磷烯，（黑）磷的单层形式，最近从其大块对应物剥离。与氧化石墨烯类似，氧化磷烯有望具有新的化学和电子性质，并可能提供合成磷烯的替代途径。在这封信中，我们调查的物理和化学性质的磷烯氧化物，包括其形成的氧吸附在裸磷烯。声子色散曲线的分析发现化学计量和非化学计量的氧化物配置是稳定的，在环境条件下，从而表明氧的吸收可能不会降解磷烯。的氧化物的带隙的性质取决于磷烯的官能化的程度;间接间隙预测为非化学计量的配置，而直接间隙预测为化学计量的氧化物。机械应变和外部电场的应用导致磷烯氧化物的带隙的可调谐性。与裸磷烯的情况相反，预测磷烯氧化物的二极管样不对称电流-电压响应对化学计量的程度的依赖性。
2014-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Evaluation of Phosphorene as Anode Material for Na-ion Batteries from First Principles
系统评价了一种新型二维纳米材料磷烯作为钠离子电池负极材料的应用前景。利用第一性原理计算，我们确定了Na在磷烯单分子层上的吸附能、比容量和扩散势垒。我们研究的主要趋势，在电子结构和机械性能作为钠浓度的函数。我们发现有利的Na-磷烯相互作用的理论容量，超过那些替代单层阳极的钠离子电池。我们发现，钠磷烯在高钠浓度下发生电子-金属转变。结果表明，Na在磷烯上的扩散是快速的，各向异性的，其能垒仅为0.04 eV。单层磷烯具有高容量、良好的稳定性、优异的导电性和高的钠离子迁移率，是一种很有前途的钠离子电池负极材料。将计算出的比容量和扩散势垒方面的性能与其他层状2D电极材料（例如石墨烯、MoS 2、聚硅烷等）进行比较。
2015-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene Junctions as a Platform for Spin-Selective Quantum Dots in Next-Generation Devices
该研究数值探究空位对磷烯基结量子点自旋电子性质的影响，发现含单空位磷烯纳米带存在带隙内拓扑准平带，可通过结构调控和电场调节量子点性质，且其在铁磁场下的自旋选择性为新型自旋电子器件应用提供了可能。
2024-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene as an Anode Material for High Performance Lithium-Ion Battery: First Principle Study and Experimental Measurement
从第一性原理计算和实验测量两个方面对磷烯作为高性能锂离子电池负极材料的前景进行了系统的研究。由锂原子的吸附能谱计算了锂原子在磷烯层上沿不同方向运动的扩散能垒。结果表明，锂原子在磷烯谷中沿Z字形方向的扩散迁移率比沿其它方向的扩散迁移率快7 ~ 11个数量级，具有超快各向异性扩散特性.研究了不同构型（n=1~16）的LiP 16在磷烯中的嵌锂行为.发现磷烯可以容纳每个P原子最多一个Li（即，Li 16 P16），单层磷烯的Li容量理论预测值可达865 mAh/g左右。我们的实验测量的锂容量的几个层状磷烯的网络可以达到可逆稳定值~ 453 mAh/g，即使经过50次循环。特别地，发现即使在高Li浓度（例如，在LixP中x = 1），没有锂的团簇，磷烯的结构是可逆的。我们的研究结果清楚地表明，磷烯有希望作为一种新型的高性能锂离子电池负极材料。
2016-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Site-selective adsorption of naphthalene-tetracarboxylic-dianhydride on Ag(110): First-principles calculations
基于广泛的密度泛函理论计算，阐明了1，4，5，8-萘四甲酸二酐（NTCDA）分子在Ag（110）表面的吸附机理.该分子及其二萘嵌苯对应物PTCDA是过去20年来实验研究的原型有机半导体。我们发现，该分子与衬底的键合具有高度的位点选择性，这是由电子转移到分子的LUMO和[1-10]原子行中带负电荷的羧基氧和带正电荷的银原子之间的局部静电吸引决定的。最稳定位的吸附能为0.9eV。预期PTCDA在Ag（110）上的吸附也是类似的机理。
2006-02-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Study of the Interactions of Electron Donor and Acceptor Molecules with Phosphorene
采用密度泛函理论研究了两种有机分子（四氰基对苯醌二甲烷（TCNQ）为电子受体，四硫杂富瓦烯（TTF）为电子给体）对单层磷烯的功能化. TCNQ分子在靠近价带边的磷烯带隙中引入浅受主态，使掺杂体系成为p型半导体。然而，当TTF分子被吸附在磷烯上时，引入到带隙中的占据分子态是深施主态，使得不能实现用于传输的有效n掺杂。这种不利的情况可以通过施加垂直于磷烯表面的外电场来改善，该外电场的方向是从磷烯到TTF分子，在该外电场下，TTF引入的施主态移动到更靠近磷烯的导带边（CBE），然后TTF掺杂的磷烯系统变成n型半导体。通过分子吸附对单层磷烯进行有效的双极性掺杂，特别是n型掺杂克服了其固有的p型掺杂倾向，这将为这种新型二维材料在纳米电子和光电子器件中的应用开辟新的途径。
2014-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective adsorption of first-row atoms on boron nitride nanotubes: the effect of localized states
第一性原理计算揭示了具有不同电负性的第一行原子如锂（Li）、碳（C）和氟（F）在锯齿形单壁氮化硼纳米管（BNNT）上的吸附表现出令人惊讶的选择性。吸附能和吸附位置取决于被吸附物相对于宿主管中的B和N原子的化学活性。详细地说，F原子倾向于吸附在B原子的顶部，C原子在能量上有利于留在垂直于管轴的桥位上，而Li原子几乎不粘附到管上（吸热反应）。根据前线分子轨道理论，阐明了这三类元素在BNNTs上的吸附行为。此外，还探讨了吸附改性BNNTs电子结构的机理，并提出了一种可行的方法来定制BNNTs的电子性质。
2005-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Field-Selective Adsorption of Saccharin on Nickel: Mechanistic DFT Insights into Solvation, Protonation, and Coating Morphology
Shiraz University（设拉子大学）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本研究通过DFT计算揭示了糖精在镍表面的选择性吸附机制，阐明了溶剂化、质子化和覆盖形态与电沉积微观结构的关系，为电镀添加剂的设计提供了理论依据。
2025-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Diameter-Selective Dispersion of Carbon Nanotubes via Polymers: A Competition between Adsorption and Bundling
研究了聚芴类聚合物对单壁碳纳米管的选择性分散机理。使用广泛的分子动力学模拟，它表明，直径选择性是成束的碳纳米管和碳纳米管表面上的聚合物的吸附之间的竞争的结果。对某些直径的偏好对应于这两个过程之间的结合能差的局部最小值。这样的最小值的直径依赖性发生由于CNT的覆盖与聚合物和它们的计算位置的突然变化是在定量协议与优选的直径，实验报告。所提出的方法定义了一个理论框架，为进一步理解和改进的分散/提取过程。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain Engineering of Selective Chemical Adsorption on Monolayer MoS_2
纳米材料由于其大的表面积与体积比，容易受到化学吸附的影响。这使得能够灵敏地检测所吸附的化学物质，这进而可以调节主体材料的性质。近年来研究发现，单层和多层二硫化钼（MoS_2）薄膜对几种重要的环境分子具有超灵敏度。在这里，我们报告了从头计算的新发现，揭示了显着增强的吸附NO和NH3上应变monolyaer二硫化钼的吸附物和二硫化钼层的性质具有显着的影响。吸附态NO的磁矩可在0 ~ 1 μ B之间变化，应变还引起半金属与金属之间的电子相变。NH3的吸附大大削弱了MoS 2层，这解释了实验测得的强度和断裂应变的MoS 2膜从以前的理论预测之间的巨大差异。另一方面，NO2、CO和CO2的吸附对MoS 2层中的应变条件不敏感。这种对比行为允许在MoS 2上进行选择性化学吸附的敏感应变工程，并有效调节机械、电子和磁性。这些结果提出了新的设计策略，用于构建基于MoS 2的纳米级灵敏度传感器和机电器件。
2013-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Selective Adsorption of a Supramolecular Structure on Flat and Stepped Gold Surfaces
卤代芳香分子在表面上聚集形成氢键和卤键。尽管这些系统已经在平坦的金属表面上进行了深入的研究，但高指数邻位表面仍然具有挑战性，因为它们可能会诱导复杂的吸附物结构。用van der Waals修正的密度泛函理论研究了2，6-二溴蒽醌（2，6-DBAQ）在平坦和台阶状金表面上的吸附.系统地研究了各种不同吸附构型的平衡几何构型和相应的吸附能。结果表明，桥位和台阶边缘是单分子在平坦和台阶表面上的首选吸附位点。范德华相互作用，卤素键和氢键的作用进行了探索的单层覆盖的2，6-DBAQ分子，揭示了分子的灵活性和分子间的相互作用稳定的平面和阶梯表面上的二维网络。我们的结果提供了一个合理的实验观察过渡金属的高指数邻位表面上的分子地毯。
2017-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Selective capture of CO2 over N2 and CH4: B clusters and their size effects
在前人研究的基础上，利用密度泛函理论研究了CO2在B10-13平面和准平面团簇上的强化学吸附.我们考虑原型B8和B12的平面型集群，并进行比较研究的三个分子在这些集群上的吸附。我们发现，在室温下，CO2可以通过选择性结合到B12簇而不是B8簇从N2中分离出来。在室温下选择性吸附CO2超过CH 4是可能的两个集群。基于我们的DFT-吸附数据（也包括半无限硼片）和现有的文献-N2在平面型B36簇上的吸附值，我们讨论了CO2吸附在N2和CH 4上的选择性趋势与平面簇尺寸，表明它延伸到包括B10-13簇的尺寸并且显著更大。
2019-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsically patterned two-dimensional materials for selective adsorption of molecules and nanoclusters
二维（2D）材料已经被广泛地研究为单层1-5、垂直或横向异质结构6-8。为了实现功能化，单层通常使用软光刻图案化并选择性地用分子9、10装饰。在这里，我们展示了一个家庭的二维材料，本质上是图案的增长。我们证明，单层PtSe 2可以生长在Pt衬底上的形式的三角形图案的交替1 T和1H相。此外，我们表明，在单层的铜衬底上生长的CuSe，应变弛豫导致具有均匀尺寸的三角形纳米孔的周期性图案。不同物种的吸附在优选的图案网站也实现了，表明这些材料可以作为模板的分子或纳米团簇的选择性自组装，以及为功能化的同一基板与两个不同的物种。
2020-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Selective adsorption of Carbon Dioxide from Mixed Vapors by Blockage of Methane in Graphene Nanoribbons
我们数值研究了CO $_2$和CH $_4$的混合物在石墨烯纳米带（NR）覆盖的石墨衬底上的吸附。NR是平的，平行于石墨表面，距离从6微米到14微米不等。我们表明，NR的石墨基板作为一个有效的CO $_2$过滤器。我们的研究是基于分子动力学（MD）模拟。甲烷被认为是球形分子，二氧化碳被表示为线性刚体。石墨被建模为连续材料，而NR原子地接近。我们观察到，当NR被放置在石墨表面上方6度处时，甲烷被阻挡在外，而CO $_2$分子可以扩散并被收集在NR和石墨表面之间。因此，CO $_2$的选择性极高。我们还观察到CO $_2$的初始吸附速率远高于CH $_4$。总体而言，我们表明，过滤器可以通过控制NR和NR-石墨分离之间的间隙来优化。
2020-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Selective and enhanced nickel adsorption from sulfate- and calcium-rich solutions using chitosan
镍（Ni）是一种经济上重要的金属，其特征在于其机械强度和抗腐蚀性能。随着工业对镍的需求不断增加和可获得的镍原生矿石的枯竭，需要可持续的技术来从替代资源中回收这种金属。在这项研究中，使用壳聚糖吸附作为一个可持续的技术，以回收硫酸盐（SO 42-）和钙（Ca）丰富的二次资源镍。在批实验中的pH值，接触时间，和SO 42-和Ca的存在下对Ni吸附的影响进行了研究。进行化学形态建模，以分析在不同条件下存在的主要Ni物种如何影响吸附过程的效率。壳聚糖的最大镍吸附容量的比较，在不存在（1.00 mmol/g）和存在（1.49 mmol/g）的500 mM的SO 42-和10 mM的钙表明这些离子对镍吸附的积极影响。X射线光电子能谱学（XPS）分析表明，Ni/SO_4 ~（2-）体系中（NiSO_4）_0物种的存在促进了壳聚糖对Ni的吸附。然而，动力学研究证实，Ni吸附速率下降了4.5倍时，SO 42-的存在。随后的连续吸附从一个真正的SO 42-丰富的浸出液中的柱设置显示，壳聚糖是选择性的Ni超过Ca和Cr的选择性比为9.6（KNi/Ca）和3.0（KNi/Cr）。总体而言，本研究表明Ni与SO 42-的络合增强了壳聚糖对Ni的吸附能力，但减慢了吸附过程。
2021-07-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tritium Separation from Gaseous 1,2,3H Isotopologue Mixtures by Selective Adsorption on Ag-Exchanged Zeolite Type Y
本文利用Ag(I)交换Y型沸石的选择性吸附与TDS实验，首次从等摩尔三元氢同位素混合物中实现70%氚富集，并验证T2分离预测。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Polymers near Metal Surfaces: Selective Adsorption and Global Conformations
我们研究了镍表面附近的聚碳酸酯熔体作为模型系统的聚合物与金属表面的相互作用，通过采用多尺度建模方法的属性。对于体积性质，通过分子动力学（MD）方法模拟适当粗粒度的珠弹簧模型，模型参数直接来自量子化学计算。的表面相互作用的参数化，并采用广泛的量子力学密度泛函计算使用的Car-Parrinello方法。我们发现强化学吸附的链端，导致显着修改的熔体组合物相比，惰性壁。
2002-09-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Selective Response of Mesoporous Silicon to Adsorbants with Nitro Groups
我们证明，介孔硅的电子结构的影响，吸附硝基炸药分子的化合物选择性的方式。这种选择性响应是通过使用软X射线光谱探测两种硝基分子爆炸物（三硝基甲苯和环三亚甲基三硝胺）和一种非爆炸性硝基芳香分子（硝基甲苯）在介孔硅上的吸附来证明的。Si原子与吸附的分子强烈相互作用，形成Si-O和Si-N键，这从Si L2，3 X射线发射光谱（XES）测量中存在的发射能量的大位移中可以看出。此外，我们发现，能隙的介孔硅的变化取决于吸附剂，估计从Si L2，3 XES和2 p X射线吸收光谱（XAS）测量。我们的从头算分子动力学计算模型化合物表明，这些变化是由于接触表面硅原子的硝基自发断裂。电子结构的这种化合物选择性变化可能为检测和鉴定痕量空气传播的爆炸物分子提供一种强有力的工具。
2012-02-29 cond-mat.mtrl-sci
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
pH-Dependent Selective Protein Adsorption into Mesoporous Silica
溶菌酶，细胞色素c和肌红蛋白，类似大小的球状蛋白质，约1.5 nm的半径，到介孔二氧化硅材料圣巴巴拉无定形-15（SBA-15）与3.3 nm的平均孔径的吸附光度法研究了含有单一蛋白质类型的水溶液和二元蛋白质混合物。观察到绝对和相对吸附行为的明显变化作为溶液pH值的函数，从而孔壁和蛋白质电荷。的蛋白质表现出最强的结合低于其等电点pI，这表明带电的氨基酸残基和-OH基团的二氧化硅表面的介孔吸附过程中的静电相互作用的优势。此外，我们发现竞争性吸附的限制，管状孔几何形状的蛋白质类型，这表明有利于结合孔壁可以完全抑制吸附的物种具有较低的结合亲和力，即使后者会吸附相当不错，从一个单一的组分混合物缺乏强结合蛋白。我们建议，这种不同的物理化学行为，以及大的比表面积，从而吸附能力的介孔玻璃可以利用不同的pI的蛋白质的二元混合物的分离，通过调节水溶液的pH值。
2015-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Improving Jet A-1 Thermal-Oxidative Stability through Selective Removal of Unwanted Trace Species via 3.7 Å Chabazite Filtration
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；The University of Sheffield（谢菲尔德大学）；The University of Liverpool（利物浦大学）
研究通过密度泛函理论和从头算分子动力学，利用框架酸度和双金属取代两个成分描述符评估喷气燃料A-1中去除促进剂与抗氧化剂损失的权衡，建立选择菱沸石成分的框架。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Probing gas adsorption on individual facets of a metal nanoparticle
金属纳米颗粒表面由具有不同原子排列的多个平面组成，这些原子排列与不同的气体相互作用1，2。识别气体吸附性能的各个方面是一个必要的先决条件，合理设计的金属纳米粒子的催化，能量存储和气体传感。吸附的气体分子改变了金属表面的电子密度3，改变了表面等离子体共振的能量4，5。使用光作为激发源的全光学方法可以通过测量整个颗粒上的静止表面等离子体共振或颗粒中多个区域上的离域对称模式的能量偏移来原位识别金属纳米颗粒系综中的气体-金属相互作用6 -8。这样的方法排除了对单个纳米颗粒的小面依赖性气体吸附的表征。在这里，通过使用原位电子能量损失光谱在环境扫描透射电子显微镜，我们表明，局部的，固定的表面等离子体激元的三角形晶体Au纳米粒子在真空和气体环境中的各个方面可以使用纳米尺寸的电子探针激发。然后，我们表明，通过利用这种本地化的空间分辨率，选择性的气体吸附在特定的方面集的特点。我们预计，这种方法可以扩展到量化的吸附分子的浓度，推导出的结合能为特定的方面，某些气体物种，并设计面控制的纳米粒子，以实现特定的气体吸附性能。
2015-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Selective Hydrogen Molecule Dissociation on Ca2N Monolayer
该研究通过DFT和AIMD模拟发现Ca2N单层上原子氢优先吸附于Ca中心空位，而分子氢仅吸附于桥位，且B位点的H2解离抑制后续吸附，表明Ca2N可作为受控氢解离的催化剂。
2025-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective Functionalization of Halogens on Zigzag Graphene Nanoribbons: A Route to the Separation of Zigzag Graphene Nanoribbons
采用从头算赝势密度泛函方法，研究了卤素分子在石墨烯基锯齿形和扶手椅形纳米结构中的功能化。我们发现卤素分子通过化学吸附吸附在锯齿形边缘碳原子上，结合能约为1-5 eV，并且它们吸附在完美的锯齿形边缘上是优选的，与扶手椅边缘和其他地方的物理吸附形成鲜明对比，在那里它们吸附的结合能约为0.07 eV。我们认为，我们的研究结果将被用于一种方法来分离锯齿形石墨烯纳米带与规则的边缘与功能化纳米带的溶解度的变化。
2010-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Valley and spin splittings in a valley-layer-locked monolayer via atomic adsorption
通过原子吸附在TiSiCO单层中实现谷与自旋分裂，利用过渡金属吸附原子提供电场和磁近邻效应，并通过外部电场调节分裂，为探索自旋、谷和层赝自旋相互作用及设计光电器件提供机会。
2022-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adsorption and dissociation of iron phthalocyanine on H/Si(111): Impact of van-der-Waals interactions and perspectives for subsurface doping
从第一性原理出发，研究了铁酞菁（FePc）在钝化H/Si（111）表面的吸附.我们发现，有机分子主要是物理吸附的距离表面的$2.6 \pm 0.1$埃，但也表现出相当大的共振与底层基板。这建立了本系统作为有趣的混合共价范德华约束测试用例，我们使用它来比较不同方法对范德华相互作用的影响。（自旋极化）扫描隧道显微镜（SP STM）的图像进行了模拟，选择性地访问不同的分子轨道，通过施加的偏置电压的扫描隧道光谱的精神。与实验STM图像的比较表明，非常好的协议。我们发现一个显着的磁对比度超过$\pm 1$埃的$-2$和$+1.5$ V的SP STM图像中的Pc环的中心的不同（过渡金属）原子的结合能，这特别表明，Fe是强烈结合在分子中（约$9.6$ eV）。最后，我们讨论了不同的反应亚表面掺杂的室温FePc沉积，并指出两个可行的反应。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Bispropylurea bridged polysilsesquioxane: A microporous MOF-like material for molecular recognition
由聚倍半硅氧烷（POSS）结构单元组装的微孔有机硅是一种有前途的材料，但仍有待深入研究。在这里，我们研究的处理和分子结构的双丙基脲桥POSS（POSS-脲），通过酸缩合的1，3-双（3-（三乙氧基硅基）丙基）脲（BTPU）合成。在实验中，我们表明POSS-尿素具有优良的功能，对乙腈的分子识别与74 mmol/g的吸附水平，这是有利的MOFs和沸石相比，在挥发性有机化合物（VOC）的应用。乙腈吸附容量相对于甲苯吸附容量高132倍，这表明孔由于其尺寸和排列而对乙腈吸附具有高度选择性。理论上，我们的紧束缚密度泛函和分子动力学计算表明，这种基于BTPU的POSS是微孔的，具有不规则的孔的位置。结构研究证实最大孔径约为1 nm，POSS笼具有约3.16埃的近似边长
2021-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamics of Ion Solvation and Differential Adsorption at Liquid-Liquid Interfaces and Membranes
本文建立了不互溶极性二元混合物中离子溶剂化热力学的平均场公式。假设一个平衡平面界面分隔两个不同介电常数的半无限区域，我们研究了离子在界面上的微分吸附静电现象。使用一般的热力学考虑，我们构造的平均场$Ω$ -势，并证明了自发形成的双电层周围的接口必然遵循。在我们的框架中，我们还可以将两个相中的体离子密度和跨界面的分布电势与离子极化的基本玻恩自由能相关联。我们进一步在电荷极性为中性、负或正的完全渗透膜的相应实例中说明了这种选择性离子吸附现象。
2007-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Surface Diffusion Control Enables Tailored Aspect Ratio Nanostructures in Area-Selective Atomic Layer Deposition
区域选择性原子层沉积是现代微电子学的关键技术，因为它通过仅在特定区域中实现材料沉积来消除传统方法固有的对准误差。通常，选择性源自允许或阻止前体吸附的基底的表面改性。沉积过程的控制目前仍然是一个主要的挑战，因为非生长区域的选择性迅速丧失。在这里，我们表明，衬底的表面改性强烈操纵表面扩散。TiO $_2$在聚甲基丙烯酸甲酯和SiO $_2$上的选择性沉积产生具有定制纵横比的局部纳米结构。控制表面扩散允许调整这样的纳米结构，因为它提高了生长区域和非生长区域的界面处的生长速率。动力学Monte-Carlo计算表明，物种从高扩散区向低扩散区移动。此外，我们确定的催化活性的TiCl $_4$在聚（甲基丙烯酸甲酯）上的羧酸形成的反应机制负责的损失的选择性，并表明，工艺优化导致更高的选择性。我们的工作使得精确控制区域选择性原子层沉积在纳米尺度上，并提供了新的策略，在区域选择性沉积过程中，通过利用表面扩散效应。
2020-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of preferential adsorption of SO$_2$ into two microporous paddle wheel frameworks M(bdc)(ted)0.5
采用体积吸附法、原位红外光谱和从头算密度泛函理论（DFT）研究了腐蚀性气体SO $_2$在两种微孔柱撑桨轮骨架M（bdc）（ted）0.5 [M = Ni，Zn; bdc = 1，4-benzenedicarboxylate; ted = triethylene]上的选择性吸附.在室温下，在M（bdc）（ted）0.5中SO $_2$的吸收是相当显著的，在1.13巴下为9.97 mol/kg。主要吸附SO $_2$分子的等温线测量的特点是在1326和1144厘米$^{-1}$拉伸带。包括范德华相互作用（基于vdw-DF）的理论计算表明，两种吸附配置是可能的，这些SO $_2$分子。一种几何构型涉及SO $_2$分子，其通过硫原子与桨轮结构单元的氧原子键合，其两个氧原子通过形成氢键与有机连接基的C-H基团键合。这种结构导致苯环的变形，这与实验观察到的环变形模式的转变是一致的。在另一种构型中，SO $_2$通过其两个氧原子同时与ted连接基的-CH $_2$基团建立氢键。这两种构型的SO $_2$伸缩带的vdW-DF模拟频移是相似的，并且与物理吸附的SO $_2$的光谱测量值很好地一致。此外，IR光谱揭示了另一个次要物种的存在，其特征在于在1242和1105 cm $^{-1}$处拉伸模式并引起MOF振动模式的显著扰动（CH $_x$和羧酸酯基团）。该物质的结合更强，需要比主要物理吸附…
2013-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Gas Sensing by Ferroelectric Switch and 2D Molecule Multiferroics in In2Se3 Monolayer
二维铁电体是一种重要的量子材料，在非易失性存储器中有着重要的应用，然而，尽管其重要性，可逆极化对化学反应以及与环境相互作用的影响却很少被研究。在此，基于第一性原理计算，我们发现了In_2Se_3铁电层表面明显的气体吸附行为和铁电开关控制的可逆气体捕获和释放。我们将这种新现象合理化为气体前沿分子轨道和基底带边态之间能带排列引起的不同静电势和电子转移的协同效应。令人兴奋的是，顺磁性气体分子如NO和NO2的吸附可以诱导表面磁性，并且这种磁性对In2Se3的铁电极化方向也很敏感，表明In2Se3可以作为阈值磁传感器或开关。此外，两个NO分子更倾向于相互铁磁耦合，居里温度与极化有关，最高可达50K，这导致了人们长期寻求的二维分子多铁性。铁电体的可控吸附行为和分子的多铁性将在气体捕获、选择性催化还原和自旋电子器件等方面得到广泛的应用。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Site-selective conductance of sidewall functionalized carbon nanotubes
利用密度泛函理论研究了分子吸附物对金属碳纳米管电导的影响。所考虑的五种分子（NO2、NH2、H、COOH、OH）导致类似的电子散射。单个分子的吸附在低偏压电导下抑制CNT的两个可用通道之一。如果更多的分子被吸附在同一个亚晶格上，则剩余的开放通道可以被阻塞或不被阻塞，这取决于被吸附物的相对位置。如果满足一个简单的几何条件，这个通道仍然是开放的，即使在吸附了任意数量的分子。
2008-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface Modification for III-V Selective Area Molecular Beam Epitaxy of Non-Selective Mask Materials
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Harvard University（哈佛大学）
本研究评估了Al₂O₃、TiO₂和HfO₂等替代掩模材料在GaAs选区分子束外延中的沉积选择性，并通过表面改性技术（如薄SiO₂覆盖层）实现了高非选择性甚至反应性掩模材料的选择性生长。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci
Chiral Spinterfaces as an Overlooked Component of the Chiral-Induced Spin Selectivity Effect
Chemnitz University of Technology（开姆尼茨工业大学）；Research Center for Materials, Architectures and Integration of Nanomembranes (MAIN)（纳米膜材料、架构与集成研究中心）；Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）
该研究证实分子-铁磁体界面是手性诱导自旋选择性（CISS）效应中被忽视的关键组成部分，通过实验与理论分析确定手性自旋界面的存在，为自旋选择性分子器件设计提供新的关键参数。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnon sensing of NO, NO$_2$ and NH$_3$ gas capture on CrSBr monolayer
Instituto de Ciencia Molecular, Universitat de València（分子科学研究所，瓦伦西亚大学）
本研究通过第一性原理计算揭示CrSBr单层在吸附NO、NO₂和NH₃气体时的磁子传感特性，发现Br空位可增强气体吸附并诱导磁子色散频率偏移，为新型磁子气体传感器设计提供理论依据。
2024-06-06 cond-mat.mtrl-sci
Superior Gas Sensing Properties of $β$-In$_2$Se$_3$: A First-Principles Investigation
使用第一性原理计算，我们报告的结构和电子性质的CO，NO $_2$，和NO分子吸附在$β$ -在$_2$硒$_3$相比，以前的研究α-相。对吸附能和电荷转移程度的分析和比较表明，$β$ -In $_2$ Se $_3$对气体分子具有选择性.我们发现NO分子作为电荷供体，而CO和NO2分子作为电荷受体，分别经历在所有情况下的物理吸附。由于增强的吸附，更快的解吸和改进的气体分子的选择性详细讨论，我们得出结论，$β$ -In $_2$ Se $_3$是一个优越的气敏材料的理想的化学型气敏应用。
2021-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A Computational Study for Screening High-Selectivity Inhibitors in Area-Selective Atomic Layer Deposition on Amorphous Surfaces
该研究利用DFT比较DMATMS和ETS在无定形与晶态氧化硅、氮化硅表面不同位点的反应机制，并提出面向AS-ALD前驱体-抑制剂对的位点特异性计算筛选方法。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of quasi one-dimensional vanadium-benzene nanowire affected by gas molecules: a first-principle study
在考虑NO和NO2气体分子吸附的情况下，对准一维钒-苯纳米线的磁性进行了理论研究。随着NO在VBNW上吸附量的增加，可以观察到从半金属到铁磁金属再到顺磁半导体的相变。随着VBNW中NO2含量的增加，半金属性先增强后降低。因此，VBNW的电子和磁性可以对NO和NO2具有敏感性和选择性，揭示了这两种分子在自旋电子传感器中的潜在应用。
2017-07-24 cond-mat.mtrl-sci
A Helium-Surface Interaction Potential of Bi$_2$Te$_3$(111) from Ultrahigh-Resolution Spin-Echo Measurements
本文通过对选择性吸附共振谱的高分辨测量，确定了He $-$ Bi $_2$ Te $_3$（111）系统的原子-表面相互作用势。使用$^3$ He自旋回波光谱法获得实验测量。在初始的自由粒子模型分析之后，我们使用弹性紧耦合计算来获得三维势。然后根据实验数据集进一步细化三维势，从而产生完全再现实验数据的优化势。在此基础上，He $-$ Bi $_2$ Te $_3$（111）相互作用势可以用波纹Morse势来描述，其势阱深度为$D=(6.22\pm0.05)~\mathrm{meV}$，刚度为$κ=(0.92\pm0.01)~\mathrmÅ^{-1}$，表面电子态密度为晶格常数的$(9.6\pm0.2)$ %.改进的原子-表面相互作用势的不确定性也应该使非弹性密耦计算中的使用，以最终研究的温度依赖性和选择性吸附共振的线宽。
2018-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface region band enhancement in noble gas adsorption assisted ARPES on kagome superconductor RbV3Sb5
通过可控贵气体沉积，在kagome超导体RbV3Sb5表面实现区域能带增强与空穴掺杂，提出填充碱金属空位的机制，提供可逆调控表面能带的新方法。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Remarkable enhancement in catechol sensing by the decoration of selective transition metals in biphenylene sheet: A systematic first-principles study
受最近成功合成联苯结构的启发[Science 372，（2021），852]，我们通过进行第一性原理密度泛函理论和分子动力学模拟探索了这种材料对邻苯二酚生物分子的传感特性。原始联亚苯基片吸附邻苯二酚分子的结合能为-0.35 eV，这可以通过在联亚苯基的各种可能的位置处修饰过渡金属（Ag、Au、Pd和Ti）来系统地改善。结果表明，邻苯二酚分子吸附在Pd和Ti修饰的联苯片上，吸附能分别为-1.00 eV和-2.54 eV。邻苯二酚分子与联苯和金属修饰的联苯的相互作用是由于邻苯二酚分子的O-2 p轨道分别向联苯的C-2 p轨道和金属修饰的联苯中金属的d轨道的电荷转移。从Bader电荷计算中，我们发现0.05e量的电荷从邻苯二酚分子转移到原始的联苯，对于Ti修饰的联苯片，这几乎是两倍（~0.1e）。的Pd和Ti原子的集群的扩散能垒出来是2.39 eV和4.29 eV，计算通过执行爬升图像轻推弹性带计算。通过从头算分子动力学模拟，我们发现邻苯二酚分子即使在100 K下也能从原始的联苯片上脱附，但在室温下仍然附着在金属（Pd，Ti）修饰的联苯片上.在500 K时，Ti修饰的联苯片对邻苯二酚的吸附更敏感，而Pd修饰的联苯片具有合适的恢复时间。结果表明，钯和钛修饰的联苯片是一种很有前途的邻苯二酚检测材料。
2022-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Toward improved property prediction of 2D materials using many-body quantum Monte Carlo methods
针对二维材料因电子关联复杂导致DFT等方法预测受限的问题，本综述介绍扩散蒙特卡洛（DMC）方法在二维材料性质预测中的近期应用，其可提升磁、电子等性质预测精度，助力相关材料研究。
2025-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Role of Oxygen Adsorption in Nanocrystalline ZnO Interfacial Layers for Polymer-Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells
胶体氧化锌（ZnO）纳米颗粒经常用于有机光致变色领域，用于实现溶液可产生的电子选择性界面层。尽管广泛使用，但缺乏关于颗粒结构特性对器械性能影响的详细研究。在这项工作中，不同的表面积与体积比的ZnO纳米粒子的合成和实施到聚合物-富勒烯体异质结太阳能电池与透气的顶部电极。通过比较封装前后的电特性，发现ZnO层的内表面积在氧气可以渗透太阳能电池的条件下起着至关重要的作用。氧物种在纳米颗粒表面处的吸附导致表面附近的能带弯曲和电子耗尽。这两种效应导致在ZnO/本体异质结界面处形成用于电子注入和提取的势垒，并且在小ZnO纳米晶体（高表面积与体积比）的情况下更明显。在氧的存在下，不同的运输相关的现象进行了详细讨论，即，欧姆损失，表示在串联电阻，以及空间电荷限制电流的发生，有关的聚合物-富勒烯共混物中的电荷积累。由于UV光的吸收可引起吸附的氧物种的解吸，因此电性质也取决于照明条件。随着系统的调查，在不同的空气暴露和光照条件下的太阳能电池的电流与电压特性，以及纯ZnO纳米粒子层的光电导性的研究的帮助下，我们获得详细的了解ZnO纳米粒子表面的有机太阳能电池的功能的作用。
2019-04-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Exploring the Interaction of BeS Monolayer and Lung Disease Biomarkers: Potential Material for Biosensing Applications
本研究采用密度泛函理论分析BeS单层与肺部疾病呼吸生物标志物的相互作用，验证其作为VOC检测材料的可行性，证实其可通过加热或紫外光解吸实现重复利用，为肺部疾病的快速无创检测提供潜在新型二维生物传感材料。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure, imaging contrast and chemical reactivity of graphene moiré on metals
在4d和5d过渡金属表面上实现石墨烯莫尔超结构提供了具有周期性调制电子密度的模板，这是许多迷人效应的原因，包括量子点的形成和有机分子或金属簇在石墨烯上的位置选择性吸附。在这里，应用扫描探针显微镜/光谱学和密度泛函理论计算的组合，我们获得了深刻的洞察电子和地形的贡献，以成像对比度的外延石墨烯/Ir（111）系统。我们直接表明，在STM成像的电子贡献是占主导地位的地形相比。在力显微镜和光谱实验中，我们观察到的尖端之间的相互作用强度的变化和高对称性的地方在石墨烯莫尔超晶胞，这决定了吸附位点的分子或金属簇在石墨烯/Ir（111）。
2012-10-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Selective Hybridization of a Terpyridine-Based Molecule with a Noble Metal
金属-分子界面的电子性质原则上可以通过分子设计和自组装来控制，这为未来的纳米和光电技术带来了巨大的潜力。然而，分子轨道和表面的电子状态之间的耦合可以显着影响分子状态。特别是，被设计用于创建金属有机自组装网络的分子具有必要地被设计为与金属强烈相互作用的官能团。本文采用低温扫描隧道显微镜（STM）和光谱学（STS）结合密度泛函理论（DFT）研究了三联吡啶（tpy）分子在贵金属Ag（111）表面的吸附相互作用.通过比较裸Ag（111）表面上的分子和通过NaCl双层膜与底层金属解耦的分子的STS获得的局域态密度（DOS）信息，我们发现，热定域轨道与金属基底强烈杂化。与此同时，与连接两个末端tpy基团的苯环相关的那些受与表面的相互作用的影响较小。tpy基团的选择性杂化提供了官能团和贵金属表面之间强的轨道特异性电子耦合的实例，其可以改变相互作用的预期平衡和分子-金属界面的所得电子行为。
2023-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structural, elastic, thermal, and electronic response of small-molecule-loaded metal organic framework materials
我们结合红外光谱，纳米压痕测量，和\emph{ab initio}模拟研究的结构，弹性，热，和电子响应的金属有机框架MOF-74-Zn时，加载H $_2$，CO $_2$，CH $_4$，和H $_2$ O的演变。我们发现，在这个MOF的分子吸附触发显着的响应，在所有这些属性的主机材料，与特定的签名为每个客人分子。通过这项全面的研究，我们能够澄清和相关的物理和化学环境的变化，调节这些反应的潜在机制。我们的研究结果表明，一般的金属有机骨架材料，特别是MOF-74-Zn，可以是非常有前途的材料，用于新型换能器和传感器应用，包括气体混合物中的高选择性小分子检测。
2014-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Area-selective deposition and B $δ$-doping of Si(100) with BCl$_{3}$
使用BCl-$_{3}$作为掺杂剂前体，在真空中在Si（100）中制备B掺杂的$δ$ -层。BC 1 PDMATHAMN在室温下容易吸附，如通过扫描隧道显微镜（STM）成像所揭示的。在升高的温度下退火促进B并入到Si衬底中。二次离子质谱（SIMS）深度分析表明，在150 $^{\circ}$ C下，30 L BCl $_{3}$剂量产生的峰B浓度$>$ 1.2（1）$\times$ 10 $^{21}$ cm $^{-3}$，总面积剂量为1.85（1）$\times$ 10 $^{14}$ cm $^{-2}$。在3.0 K下进行类似样品的霍尔棒测量，显示出在不进行退火掺入的情况下，薄层电阻为$R_{\mathrm{s}}$ = 1.91 k $Ω\square^{-1}$，空穴浓度为$n$ = 1.90 $\times$ × 10 $^{14}$ cm $^{-2}$，空穴迁移率为$μ$ = 38.0 cm $^{2}$ × $^{-1}$ × $^{-1}$。此外，几个B-掺杂的$δ$ -层的电导率显示出对温度的对数依赖性，暗示了二维系统。选择性区域沉积的BC 1 $_{3}$也证明了使用H-和Cl-基单原子抗蚀剂。与裸Si上的剂量区域相比，通过SIMS确定H和Cl抗蚀剂的吸附选择性比分别为310（10）：1和1529（5）：1，进一步验证了BCl $_{3}$作为掺杂剂前体用…
2021-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-TiS$_3$ heterojunction for selective polar vapor sensing at room temperature
本文研究了石墨烯-TiS_3二维异质结材料和TiS_3纳米带的室温极性气敏特性。采用化学气相传输法（CVT）合成了TiS 3纳米带，并通过扫描电子显微镜（SEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、能量色散X射线谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等分析手段对样品的结构进行了表征。通过观察其电子行为的变化来评估TiS 3纳米带的气敏性能。感测装置在2D异质结Gr-TiS 3-Gr架构中用金触点和光刻图案化的石墨烯（Gr）电极制造。据观察，金接触的TiS 3器件具有相当线性的I-V特性，而Gr-TiS 3-Gr异质结形成具有较高肖特基势垒（250 meV）的接触。在室温下，相对湿度为55%和不同的乙醇蒸汽浓度（从2到20 ppm变化）的传感器的I-V响应记录。I-V曲线表明，通过吸附水和乙醇分子，Gr-TiS 3-Gr的电阻增加，具有相对高的传感响应（在2 ppm下约3353%）。我们的研究结果表明，选择性和稳定的响应，以低浓度的乙醇蒸汽（2 ppm），可以实现在室温下的瞬态响应和恢复时间约为6秒和40秒，分别。我们提出的设计展示了一种新的选择性分子识别方法，使用分析物蒸汽和2D材料的异质结之间的极性相互作用。
2020-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tuning dissociation using isoelectronically doped graphene and hexagonal boron nitride: water and other small molecules
二维材料如石墨烯和六方氮化硼（h-BN）的新用途经常被发现，特别是在膜和催化应用中。然而，关于环境和工业上重要的分子（如水）与这些材料的相互作用，仍有许多问题有待了解。从石墨烯和h-BN的杂化进展中获得灵感，我们使用密度泛函理论探索了水，氢，甲烷和甲醇在石墨烯，h-BN及其等电子掺杂对应物：BN掺杂的石墨烯和C掺杂的h-BN上的解离。我们发现，掺杂的表面是相当多的反应性比他们的原始同行，并通过比较几个小分子的反应性，我们开发了一个一般的框架解离吸附。由此，出现了等电子掺杂的特别有吸引力的结果：可以掺杂衬底以增强其对极性或非极性吸附物的反应性。因此，这些基板是潜在的可行的候选人选择性催化剂和膜，这意味着可以设计一系列的可调材料。
2016-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Orbital design of topological insulators from two-dimensional semiconductors
二维（2D）材料最近引起了人们的广泛关注，因为它们表现出各种不同的固有性质/功能，然而，它们通常是不可互换的。有趣的是，在这里，我们提出了一种通用的方法来转换二维半导体，这是充分丰富的，二维拓扑绝缘体（TI），这是不太可用的，通过选择性原子吸附和应变工程。该方法是强调的轨道设计原则，涉及到引入一个外在的s-轨道状态到本征的sp-带的2D半导体，从而诱导的TI相的s-p带反转，所示的紧束缚模型分析。值得注意的是，基于第一性原理计算，我们应用这种方法来转换的半导体单层CuS和CuTe到TI通过吸附Na和K分别与适当的s-能级能量，和CuSe到TI通过吸附Na和K的混合物与调谐的s-能级能量或通过吸附Na或K的应变CuSe与调谐的p-能级价带边缘。我们的研究结果打开了一扇新的大门，通过预测性材料设计发现TI，超越了找到预先存在的2D TI。
2019-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Single Cu Atom Sites on Co3O4 Activate Interfacial Oxygen for Enhanced Reactivity and Selective Gas Sensing at Low Temperature
本文提出在Co3O4上构建非贵金属Cu单原子位点，通过界面Cu-O-Co键降低晶格氧活化温度，并实现75 °C下高选择性、低至5 ppb的甲醛传感。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall 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
