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
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
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
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
Tuning the gap in bilyaer graphene using chemical functionalization: DFT calculations
以可控的方式打开石墨烯电子光谱中的能隙对于许多潜在应用是必要的，包括高效的碳基晶体管。我们已经表明，这可以通过双层石墨烯的化学功能化来实现。使用各种掺杂剂，例如H、F、Cl、Br、OH、CN、CCH、NH2、COOH和CH 3，可以在0.64和3 eV之间平滑地改变带隙，并且具有能隙的状态对应于最低能量构型是稳定的。双层石墨烯的结构特性的特殊性相比，散装石墨进行了讨论。
2008-07-24 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
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
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
DFT calculation for adatom adsorption on graphene sheet as a prototype of carbon nano tube functionalization
以碳纳米管（CNT）为模板，研究了石墨烯片上各种原子物种的密度泛函（DFT）计算。我们使用DFT计算作为CNT的原型，计算了许多原子物种（包括过渡金属、贵金属、氮和氧）在石墨烯片上的吸附能和吸附位点。从这些结果中可以选择合适的原子种类作为每个应用。计算结果表明，Mo和Ru在石墨烯片上的键结很强，具有很大的扩散势垒能。另一方面，一些原子种类具有大的结合能和小的扩散势垒能
2007-11-29 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Characterization of nanometer-sized, mechanically exfoliated graphene on the H-passivated Si(100) surface using scanning tunnelling microscopy
我们已经开发了一种通过将石墨机械剥离到Si（100）-2x1：H表面上来沉积具有2-10 nm的最小横向尺寸的石墨烯单层和双层的方法。纳米尺寸单层石墨烯的室温、超高真空（UHV）隧道光谱测量揭示了尺寸相关的能隙范围为0.1-1 eV。此外，石墨烯层的数量可以直接从扫描隧道显微镜（STM）的形貌轮廓确定。这一原子学研究为探索纳米石墨烯的电子结构提供了实验基础，有助于石墨烯基纳米电子学的发展。
2007-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle Chirality in Epitaxial Graphene Probed at the Nanometer Scale
石墨烯由于其准粒子的对称性而表现出非常规的二维电子性质，这导致了赝自旋和电子手征的概念。在这里，我们报告说，扫描隧道显微镜可以用来探测这些独特的对称性在纳米尺度。它们被反映在由杂质弹性散射产生的量子干涉图样中，并且它们可以直接从其快速傅里叶变换中读取。我们的数据，辅以理论计算，表明在SiC（0001）上外延石墨烯的赝自旋和电子手性对应于理想石墨烯的预测。
2008-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Well-defined sub-nanometer graphene ribbons synthesized inside carbon nanotubes
具有亚纳米宽度的石墨烯纳米带对于纳米级电子器件和器件是非常有趣的，因为它们将石墨烯的不寻常的传输特性与由于横向维度中的量子限制而导致的带隙的打开相结合。目前，强有力的研究努力被用于生长这样的纳米带。在这里，我们展示了6-和7-扶手椅型石墨烯纳米带的合成，宽度为0.61和0.74 nm，激子间隙为1.83和2.18 eV，通过单壁碳纳米管内的二茂铁分子的高温真空退火。通过原子分辨率电子显微镜证明了如此获得的石墨烯纳米带的封装，而它们的分配是由广泛的波长依赖性拉曼散射表征和量子化学计算的组合提供的。这些发现使一个简单的和可扩展的方法，导致良好定义的亚纳米石墨烯纳米带的控制生长和详细的分析。
2020-08-31 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
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
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
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
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
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
Novel λ^3-Iodane Based Functionalization of Synthetic Carbon Allotropes (SCAs) - Common Concepts and Quantification of the Degree of Addition
碳同素异形体的共价功能化是纳米材料领域的一个重要课题。然而，功能结构的发展受到各自起始材料的固有多聚性、引入的功能部分的明确表征和官能化程度的准确测定的阻碍。基于一种新的碳同素异形体官能化反应，利用λ^3-碘烷作为自由基前体系统，我们能够通过TG-GC/MS证明分离和定量热分离官能团的可行性，这些官能团以前与碳纳米管和石墨烯共价连接。
2018-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-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
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
Bispyrene functionalization drives self-assembly of graphite nanoplates into highly efficient heat spreader foils
由石墨烯和相关材料制成的导热纳米纸目前在热管理应用中显示出巨大的潜力。然而，导电板之间的热接触代表了在不存在用于石墨化的高温步骤的情况下制备的纳米纸的热导率的瓶颈。在这项工作中，无效的热接触的问题是通过使用双官能聚芳族分子来解决的，该分子被设计用于驱动石墨纳米片（GNP）的自组装并在它们之间建立热桥。为了保持与无缺陷sp2结构相关的高导电性，利用了用双芘化合物的非共价官能化，所述双芘化合物是有目的地合成的，具有可变的系链长度。芘端基与石墨烯表面具有较强的π-π相互作用，如UV-Vis，荧光和拉曼光谱所示。发现GNP之间的双芘分子结控制纳米纸内的GNP组织和取向，从而显著增强平面内和跨平面的热扩散率。最后，纳米纸被验证为电子元件的散热器设备，证明与传统铜箔相比具有相当或更好的散热性能，同时减轻了90%以上的重量。
2021-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanometer Resolution Elemental Mapping in Graphene-based TEM Liquid Cells
我们展示了一种新的石墨烯液体电池的设计，包括一个薄的光刻图案化的六方氮化硼晶体从两侧与石墨烯窗口封装。生产的超薄窗口液体电池具有精确控制的体积和厚度，并且对重复的真空循环具有鲁棒性。这项技术为液体细胞研究带来了令人兴奋的新机会，为高分辨率透射电子显微镜成像和光谱测绘提供了可靠的平台。使用电子能量损失谱（EELS）通过检测氧K边缘并测量满电池和空电池的厚度来确认水的存在。我们通过跟踪直径为0.5-5 nm的小金属纳米颗粒的动态运动和相互作用来展示这些液体细胞的成像能力。我们进一步提出了一个数量级的改进，在分析能力相比，以前的液体细胞的数据，与1纳米的空间分辨率元素映射可实现的液体封装的纳米粒子，使用能量色散X射线光谱（EDXS）。
2017-10-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen transport within graphene multilayers by means of flexural phonons
石墨烯维持横向平面外机械振动（弯曲声子）。在纳米尺度上，如果在交替的多层膜中以反相方式激发，这些会出现行进的波纹或空腔。在这项工作中，我们探索通过经典的分子动力学模拟的可能性，使用这些移动的纳米腔主动运输氢。我们发现，在声子衰减之前，气体可以在波传播方向上有效地传输数百纳米。因此，这种效应可以用于移动和泵送气体通过多层石墨烯基框架。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Giant inelastic tunneling in epitaxial graphene mediated by localized states
用原子分辨扫描隧道显微镜和光谱研究了纳米尺度石墨烯片及其与SiC（0001）界面层的局域电子结构。石墨烯/SiC系统界面层的局域态对石墨烯的电子结构有重要影响。非弹性隧穿的巨大增强，达到总隧穿电流的50%，已被观察到在纳米尺寸的石墨烯单层缺陷包围的局域态。
2010-04-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Shaping graphene superconductivity with nanometer precision
本文提出结合邻近效应与STM操控的方法，通过精确移动Pb纳米岛实现石墨烯超导性的纳米级任意塑造，并展示了从异质结构研究到超导纳米围栏探测局域磁矩的应用。
2024-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tuning Magnetic Properties of Penta-Graphene Bilayers Through Doping with Boron and Oxygen
五-石墨烯（PG）是一种碳同素异形体，由于其用于可再生能源应用的有趣性质，最近引起了材料科学界的注意。虽然在其纯形式下不稳定，但已表明官能化可以稳定其结构。由此产生的一个问题是，使用这种方法是否还可以进一步改善其出色的电子特性。由于PG双层存在sp $^2$和sp $^3$碳平面，因此它由用于电磁性质的官能化调谐的灵活候选物组成。在这项工作中，我们进行密度泛函理论模拟，研究如何的电子和结构性能的PG双层可以调整作为替代掺杂的结果。具体而言，我们观察到不同的磁性能的出现时，硼被用作掺杂剂物种。另一方面，在掺杂有氧的情况下，sp $^2$平面中的键的断裂不会在材料中感生磁矩。
2020-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitons in epitaxially grown WS2 on Graphene: a nanometer-resolved EELS and DFT study
Philipps-Universität Marburg（马尔堡菲利普斯大学）；Carl von Ossietzky University of Oldenburg（奥尔登堡卡尔冯奥西茨基大学）；AIXTRON SE（AIXTRON股份公司）
本研究通过纳米级EELS和DFT分析，揭示了在石墨烯上生长的WS2不同层数配置下的激子特性及环境影响。
2024-02-20 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
Bottom up synthesis of multifunctional nanoporous graphene
纳米尺寸的孔可以将半金属石墨烯变成半导体，并从不可渗透变成最有效的分子筛膜。然而，将孔缩小到纳米级，同时满足应用所施加的严格结构约束，对目前自上而下的策略来说是一个巨大的挑战。在这里，我们报告了一种自下而上的方法来合成纳米多孔石墨烯，包括由带状物分隔的有序孔阵列，其可以被调整到一纳米范围。通过分子前体的设计，以原子精度限定孔的尺寸、密度、形态和化学组成。我们的测量进一步揭示了高度各向异性的电子结构，其中具有约1 eV的能隙的正交一维电子带与受限的孔态共存，使得纳米多孔石墨烯成为用于同时筛分和电传感分子物种的高度通用的半导体。
2018-04-25 cond-mat.mtrl-sci
