石墨烯中氮掺杂剂与本征点缺陷的相互作用
介观与纳米尺度物理
2012-05-03 v2 材料科学
摘要
为了理解石墨烯中氮掺杂剂与本征点缺陷之间的相互作用，我们通过执行密度泛函理论计算，研究了带有空位和 Stone-Wales (SW) 缺陷的氮掺杂石墨烯的能量稳定性。我们的结果表明，氮取代在能量上倾向于发生在缺陷附近的碳原子处，尤其是对于具有更大键缩短的位点，这表明缺陷诱导的应变在缺陷石墨烯中氮掺杂剂的稳定性中起着重要作用。在单空位存在的情况下，氮掺杂剂最稳定的位置是类吡啶构型，而对于所研究的其他点缺陷（SW 缺陷和双空位），氮倾向于五元环中的位点。本征点缺陷对氮掺杂剂的影响相当强：虽然在无缺陷石墨烯中氮掺杂是吸热的，但在缺陷石墨烯中它变成了放热的。我们的结果意味着本征点缺陷与氮掺杂剂相互吸引，即协同效应，这意味着取代氮掺杂剂会增加点缺陷产生的概率，反之亦然。我们的发现得到了近期关于石墨烯氮掺杂实验研究的支持。此外，我们指出了多个氮掺杂剂在本征点缺陷附近聚集的可能性。最后，我们简要评论了 Fe 吸附对氮掺杂剂聚集稳定性的影响。
引用
@article{arxiv.1112.5733,
title = {Interplay between Nitrogen Dopants and Native Point Defects in Graphene},
author = {Zhufeng Hou and Xianlong Wang and Takashi Ikeda and Kiyoyuki Terakura and Masaharu Oshima and Masa-aki Kakimoto and Seizo Miyata},
journal= {arXiv preprint arXiv:1112.5733},
year = {2012}
}
备注
10 pages, 5 figures. Figure 4(g) and Figure 5 are corrected. One additional table is added. This is the final version for publication