石墨烯共价功能化的 DFT 建模：从理想模型到现实模型

多种类型石墨烯的制备，如自由站立石墨烯、碳化硅及金属上的外延石墨烯、溶液中的石墨烯、化学生长的类石墨烯分子、各种石墨烯纳米带以及具有不同还原程度和化学组成的氧化石墨烯，表明除了石墨烯功能化的基本原理外，还需要进行额外的研究，以避免第一性原理模拟预测与实验结果之间偶尔出现的矛盾。在此，我们讨论利用密度泛函理论 (DFT) 方法对不同种类石墨烯建模的现状。我们关注静态（衬底、形状、曲率、应变和掺杂）和动态（功能化起点、迁移势垒和构型稳定性）方面，这些方面提供了对石墨烯骨架上各种化学物种化学吸附更准确和选择性的建模。基于最近对不同种类石墨烯实验实现的功能化建模，我们可以得出结论：早期研究中讨论的形成均匀的单侧或双侧功能化石墨烯是石墨烯化学典型场景中的例外。不同衬底、缺陷和晶格畸变（如波纹和应变）的存在会导致功能团形成团簇或线条。在理想模型中发现的几种化学物种在石墨烯衬底上的构型，仅在特殊条件下功能化的石墨烯中才是稳定的。文中还讨论了技术参数（如所采用的泛函和计算方法）的作用，以及模拟各类石墨烯化学性质的重要指南。