通过周期性嵌入氧原子来工程化石棉纳米带
材料科学
2025-04-29 v1 化学物理
摘要
杂原子掺杂是工程化石棉纳米带（GNR）的重要方法，因其能够通过引入额外电子或空位来修改电子性质。然而，精确地将氧原子嵌入GNR的晶格中尚未探索， resulting的电子性质也尚不为人知。本文通过原位形成环状结构实现了将氧原子精确嵌入GNR晶格中，合成了两种类型的氧掺杂石棉锯形GNR和氧掺杂手性(2,1)-GNR。利用扫描隧道显微镜、非接触原子力显微镜和密度泛函理论计算，确定了氧掺杂GNR的原子结构和电子性质，证明两者均为直接带隙半导体，对氧掺杂具有不同的灵敏度。氧掺杂对石棉锯形GNR的带隙影响较小，但对手性(2,1)-GNR的带隙影响显著，这归因于掺杂后的本征碳原子与其原生版本在费米能级附近态密度之间的差异。与原始手性(2,1)-GNR相比，氧掺杂手性(2,1)-GNR的带结构显示出意外的带边转换，归因于sp2杂化的氧原子引入额外电子至手性(2,1)-GNR的导带中，导致费米面向上位移。
引用
@article{arxiv.2504.18753,
title = {Engineering Graphene Nanoribbons via Periodically Embedding Oxygen Atoms},
author = {Yan Zhao and Li-Xia Kang and Yi-Jun Wang and Yi Wu and Guang-Yan Xing and Shi-Wen Li and Jinliang Pan and Nie-Wei Wang and Yin-Ti Ren and Ying Wang and Ya-Cheng Zhu and Xing-Qiang Shi and Mengxi Liu and Xiaohui Qiu and Pei-Nian Liu and Deng-Yuan Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.18753},
year = {2025}
}