低温下分子氧与石墨烯锯齿形边缘之间的电荷转移与弱键合
介观与纳米尺度物理
2016-06-10 v1 材料科学
化学物理
计算物理
摘要
对物理吸附空气的缺陷型碳纳米洋葱进行的电子顺磁共振(EPR)研究，证实了在微波辅助下形成了由带负电的 O2- 离子与携带 pi 电子自旋的边缘碳原子组成的弱束缚顺磁复合物。这些位于石墨烯边缘的复合物在低温下稳定，但在温度高于 50-60 K 时不可逆地解离。这些 EPR 发现得到了密度泛函理论(DFT)计算的支持，计算表明电子从类石墨烯材料的锯齿形边缘转移至物理吸附在石墨烯片层边缘的氧分子。这种电荷转移导致吸附氧分子的自旋态从 S = 1 变为 S = 1/2。DFT 计算显示了氧分子吸附能的显著变化，以及电荷转移对类石墨烯基底形貌（平坦和褶皱的单层及双层石墨烯）和边缘钝化变化的稳健性。具有此类褶皱基底形貌的 H- 和 COOH- 终止的边缘碳位点允许形成以小结合能（<50 meV）为特征的 ZE-O2- 顺磁复合物，这也解释了 EPR 所揭示的它们的不可逆解离。
引用
@article{arxiv.1606.02870,
title = {Charge transfer and weak bonding between molecular oxygen and graphene zigzag edges at low temperatures},
author = {D. W. Boukhvalov and V. Yu. Osipov and A. I. Shames and K. Takai and T. Hayashi and T. Enoki},
journal= {arXiv preprint arXiv:1606.02870},
year = {2016}
}
备注
28 pages, 8 figures, 2 tables, accepted in Carbon journal