石墨烯、氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及與苯酚衍生物相互作用的理論研究.pdf

1、石墨烯是由碳原子之間sp2軌道雜化形成的二維晶格，它蜂巢狀的六邊形結(jié)構(gòu)是構(gòu)成其他重要同素異形體基本模塊。通過堆疊組成三維度晶格的石墨，或者卷曲起來形成管狀結(jié)構(gòu)即一維的納米級(jí)碳管，亦或者直接包裹成球狀結(jié)構(gòu)以形成零維度的富勒烯。由于石墨烯表面的π-π共軛效應(yīng)，使其具備了獨(dú)特的熱力學(xué)、機(jī)械和電子性質(zhì)，長久以來都被許多理論研究所關(guān)注，在許多領(lǐng)域更是有著重要的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于石墨烯深入的研究還要涉及其另一個(gè)具體的分支—氧化石墨烯。氧化石墨烯通常被作

2、為用來制備石墨烯的前驅(qū)體，采用化學(xué)方法處理石墨得到氧化石墨，經(jīng)過分離得到單層結(jié)構(gòu)即為氧化石墨烯，其表面存在各種含氧基團(tuán)，如，羥基、羧基、環(huán)氧基等，許多氧化石墨烯的性質(zhì)都與這些含氧基團(tuán)有關(guān)。此外，目前關(guān)于氧化石墨烯的精確原子結(jié)構(gòu)尚不明確，尤其是通過化學(xué)方法修飾功能氧化石墨烯表面方法種類繁多，因此具備很高科學(xué)探索價(jià)值。本論文采用密度泛函理論 DFT方法對(duì)有限尺寸石墨烯和氧化石墨烯及它的吸附體系電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)、吸附性質(zhì)開展理論計(jì)算和分析，使它在

3、納米電子元件制備方面，創(chuàng)新型納米傳感器方面以及其他相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用給予了理論性的指導(dǎo)和預(yù)測。
　　第一章緒論，本章詳述了石墨烯材料的存在、應(yīng)用及研究方法，闡述了石墨烯材料的產(chǎn)生和發(fā)展，介紹了石墨烯材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等相關(guān)性質(zhì)，同時(shí)，還介紹了氧化石墨烯的組成結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域。
　　第二章計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)理論和方法，本章節(jié)論述了量子化學(xué)的產(chǎn)生和未來發(fā)展方向，薛定諤方程的演變，簡要的描述了密度泛函理論的提出、發(fā)展經(jīng)歷和應(yīng)用領(lǐng)

4、域，尤其是對(duì)密度泛函理論在研究碳基新型材料性質(zhì)方面的拓展。
　　第三章石墨烯結(jié)構(gòu)性質(zhì)的密度泛函理論研究，本章我們探究了有限制量子尺寸大小的石墨烯納米薄片幾何結(jié)構(gòu)，隨著碳原子個(gè)數(shù)的不斷增加，石墨烯有限性的尺寸的增大，電子能量帶隙值逐漸縮小，電荷密度的分布逐漸集中在納米薄片的邊緣，表現(xiàn)出了石墨烯材料的半導(dǎo)體性質(zhì)和金屬性質(zhì)。
　　第四章石墨烯、氧化石墨烯納米薄片與苯酚類衍生分子間相互作用，本章重點(diǎn)研究了以有限尺寸石墨烯和氧化石墨烯

5、納米結(jié)構(gòu)作為基底，與六種不同配位結(jié)構(gòu)的苯酚類分子相互之間的作用關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯納米薄片與苯酚分子之間產(chǎn)生π-π共軛相互作用力，而氧化石墨烯納米薄片與苯酚衍生分子之間則是受氫鍵作用相互影響。此外，通過對(duì)結(jié)合能的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯吸附苯酚分子的吸附能強(qiáng)于石墨烯。
　　第五章不同官能團(tuán)修飾的氧化石墨烯納米片與苯酚類衍生分子間相互作用，本章我們研究了三種官能團(tuán)羧基、羥基和環(huán)氧基分別修飾在氧化石墨烯納米薄片
　　表面，與不同配