含本征点缺陷的氮掺杂石墨烯的电子结构
材料科学
2013-04-03 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
石墨烯中的氮掺杂对基于石墨烯的器件和催化剂具有重要意义。我们进行了密度泛函理论计算，研究含有空位和Stone-Wales缺陷的氮掺杂石墨烯的电子结构。我们的结果表明，石墨烯中的单空位充当空穴掺杂剂，需要两个替代型N掺杂剂来补偿单空位引入的空穴。另一方面，双空位不产生任何自由载流子。有趣的是，双空位处的单个N掺杂剂充当受主而非施主。本征点缺陷与N掺杂剂之间的相互作用强烈改变了N掺杂在体π带中产生自由载流子的作用。对于某些缺陷和N掺杂剂-缺陷复合体，局域缺陷π态被部分占据。讨论了这种情况下自旋极化的可能性。我们还基于局域键图像给出了电子结构的定性论证。我们分析了空位和Stone-Wales缺陷处N掺杂剂的1s相关X射线光电子发射和吸收光谱，并与实验光谱进行了关联。我们还讨论了由N掺杂剂-缺陷复合体引起的电子和结构修饰所产生的特征扫描隧道显微镜（STM）图像。小负偏压下的STM成像将为氧还原反应可能的活性位点提供重要信息。
关键词
引用
@article{arxiv.1205.6575,
title = {Electronic Structures of N-doped Graphene with Native Point Defects},
author = {Zhufeng Hou and Xianlong Wang and Takashi Ikeda and Kiyoyuki Terakura and Masaharu Oshima and Masa-aki Kakimoto},
journal= {arXiv preprint arXiv:1205.6575},
year = {2013}
}
备注
40 pages, 2 tables, 16 figures. The analysis of Clar sextets is added. This version is published on PHYSICAL REVIEW B 87, 165401(2013)