過渡金屬表面石墨烯納米結構的生長研究.pdf

1、石墨烯及石墨烯基的納米結構有著優(yōu)異的電子性質，此外它們還具備作為如熱學，磁學等方向新型材料的潛質。石墨烯納米材料的實用化對于石墨烯的可調控生長提出了要求，相較納米管裁切等可控性較差的傳統(tǒng)手段，本文研究了利用自下而上(bottom-up)方法使用芳香族分子為前驅體，利用與襯底間作用調控石墨烯及石墨烯基的納米結構生長。主要采用掃描隧道顯微鏡作為實驗觀測手段，同時利用密度泛函理論（Density fumctioinal theory，DFT）

2、模擬計算探究了襯底-石墨烯間作用以及分子間作用對石墨烯納米結構生長的影響。
　　本文首先利用二溴聯二蒽作為前驅分子在釕((10-)10)襯底制備了石墨烯納米結構，獲得了長軸生長方向均沿著釕((10-)10)襯底的(12-10)晶向生長的N=7石墨烯納米帶;進一步退火處理后，石墨烯納米帶發(fā)生側向鏈接，并且可觀察到具扶手椅型和鋸齒形邊緣、不同生長方向的帶狀石墨烯納米結構的形成。在生成物中占絕大比例的石墨烯納米片由與襯底的[(12-)1

3、0]晶向間成0°和30°轉角的石墨烯覆蓋層組成。DFT計算發(fā)現不同轉角的石墨烯覆蓋層的平均吸附能在30°轉角時有最大值，在21°轉角時有最小值。對石墨烯和釕襯底的投影態(tài)密度分析顯示30°轉角模型碳和釕原子之間有明顯的重疊。沿釕(10-)10)襯底[(1-2)10]晶向生長的石墨烯納米帶的生成以及具0°和30°轉角的石墨烯覆蓋層在生成物中的高占比表明石墨烯與襯底間的相互作用對釕10-10)上石墨烯基納米結構的生長過程以及石墨烯納米結構的方

4、向起主導作用。
　　我們又利用1，3，5-三苯基苯(1，3，5-triphenylbenzene)為前驅分子在釕(0001)襯底上進行分子自組裝外廷生長石墨烯的研究。并利用掃描隧道顯微鏡分析了石墨烯化的過程，發(fā)現了前驅分子的聚攏密排行為，并觀察到了石墨烯化的溫度隨覆蓋度降低的大幅下降。DFT計算結果顯示雙分子吸附體系相較單分子吸附體系吸附能有所上升，這與STM掃描過程中發(fā)現的前驅分子聚集和密排行為相吻合?；贜udged elas

5、tic band(NEB)理論的計算表明分子間范德瓦爾斯相互作用對于1，3，5-三苯基苯分子的石墨烯化過程有著重要作用，而計算獲得的雙分子體系的1.62eV脫氫勢壘相較于單分子體系的1.27eV脫氫勢壘的增加則與實驗所觀察到的低前驅分子覆蓋度時石墨烯化溫度的明顯下降相符合。
　　通過對1，3，5-三苯基苯在釕(0001)襯底上覆蓋度及退火溫度的調控，我們在低覆蓋情況下于300℃退火后獲得了多種石墨烯納米點。利用DFT計算分析了兩種