過渡金屬表面石墨烯納米結(jié)構(gòu)的生長研究.pdf

1、石墨烯及石墨烯基的納米結(jié)構(gòu)有著優(yōu)異的電子性質(zhì)，此外它們還具備作為如熱學(xué)，磁學(xué)等方向新型材料的潛質(zhì)。石墨烯納米材料的實(shí)用化對于石墨烯的可調(diào)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(qū)體，利用與襯底間作用調(diào)控石墨烯及石墨烯基的納米結(jié)構(gòu)生長。主要采用掃描隧道顯微鏡作為實(shí)驗(yàn)觀測手段，同時利用密度泛函理論（Density fumctioinal theory，DFT）

2、模擬計(jì)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(jié)構(gòu)生長的影響。
　　本文首先利用二溴聯(lián)二蒽作為前驅(qū)分子在釕((10-)10)襯底制備了石墨烯納米結(jié)構(gòu)，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(jìn)一步退火處理后，石墨烯納米帶發(fā)生側(cè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)角的石墨烯覆蓋層組成。DFT計(jì)算發(fā)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)角的石墨烯覆蓋層的平均吸附能在30°轉(zhuǎn)角時有最大值，在21°轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的生長過程以及石墨烯納米結(jié)構(gòu)的方

4、向起主導(dǎo)作用。
　　我們又利用1，3，5-三苯基苯(1，3，5-triphenylbenzene)為前驅(qū)分子在釕(0001)襯底上進(jìn)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(xiàn)了前驅(qū)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(jì)算結(jié)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(xiàn)的前驅(qū)分子聚集和密排行為相吻合。基于Nudged elas

5、tic band(NEB)理論的計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)所觀察到的低前驅(qū)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(diào)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(diǎn)。利用DFT計(jì)算分析了兩種