氮掺杂石墨烯中共掺杂诱导 p 型至 n 型转换的原子机制
介观与纳米尺度物理
2015-03-10 v1 材料科学
摘要
最近的研究表明，氮掺杂石墨烯 (NG) 根据 C-N 键合性质的不同可表现出 p 型和 n 型特征，这代表了基于石墨烯的电子学发展的一个重大瓶颈。基于第一性原理计算，我们在此仔细研究了 NG 的原子结构与电子结构之间的相关性，特别探讨了通过引入额外的掺杂原子将具有吡啶型、吡咯型和腈型 N 的 p 型 NG 转换为 n 型或双极型的可行性。在九种候选元素（B、C、O、F、Al、Si、P、S 和 Cl）中，我们发现 B、Al 和 P 共掺杂可以修复 p 型 NG 中甚至相对较大的空位缺陷。研究还将表明，虽然具有吡啶型 N 的 NG 可以通过共掺杂转换为 n 型，但对于具有腈型或吡咯型 N 的 NG，仅能实现双极型转换。对于邻近单空位的吡啶型 N，功函数降低量高达 0.64 eV。基于 Mulliken 布居分析和晶体轨道哈密顿布居 (COHP)，分析了这种多样化类型变化的原子起源，这为我们提供了一个框架，将局部键合化学与掺杂和/或缺陷石墨烯中的宏观电子结构联系起来。此外，我们证明了所提出的共掺杂方案可以恢复原始石墨烯优异的电荷传输性能。共掺杂 NG 中的类型转换和电导恢复对于电子和能源器件应用具有重要意义。
引用
@article{arxiv.1410.3112,
title = {Atomistic Mechanisms of Codoping-Induced p- to n-Type Conversion in Nitrogen-Doped Graphene},
author = {Hyo Seok Kim and Han Seul Kim and Seong Sik Kim and Yong-Hoon Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1410.3112},
year = {2015}
}
备注
to be published in Nanoscale