生活污水中的氟排放是造成嚴(yán)重環(huán)境問題的主要原因。本文用密度泛函理論研究了F
-離子和HF分子在本征石墨烯、硼摻雜石墨烯和鋁摻雜石墨烯上的吸附特性。通過對能帶結(jié)構(gòu)、幾何結(jié)構(gòu)、吸附能、電荷轉(zhuǎn)移、電荷密度、態(tài)密度和前沿軌道的分析，發(fā)現(xiàn)F
-離子和HF分子在本征石墨烯和HF分子在硼摻雜石墨烯上的吸附較弱，僅為物理吸附。當(dāng)F
-離子和HF分子吸附在鋁摻雜石墨烯上，F(xiàn)
-離子吸附在硼摻雜石墨烯上時(shí)，吸附能、電荷轉(zhuǎn)移和電荷密度都大大增加，吸附距離顯著減小，通過電荷密度和態(tài)密度分析，發(fā)現(xiàn)存在明顯的雜化現(xiàn)象。通過比較能帶間隙的變化，還可以發(fā)現(xiàn)鋁摻雜石墨烯對F
-離子更為敏感。本研究為基于石墨烯的氟傳感器的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。
圖1. 物理模型.(a)本征石墨烯.(b)B-摻雜石墨烯.(c)Al-摻雜石墨烯。
圖2.能帶結(jié)構(gòu).(a)本征石墨烯.(b)B-摻雜石墨烯.(c)Al-摻雜石墨烯。
圖3. 電荷密度.(a)本征石墨烯-T-F
-.(b)B-摻雜石墨烯-T-F
-.(c)Al-摻雜石墨烯-T-F。
圖4. 態(tài)密度.(a)本征石墨烯-T-F
-.(b)B-摻雜石墨烯-T-F
-.(c)Al-摻雜石墨烯-T-F。
圖5. 電荷密度.(a)本征石墨烯-HF-F.(b)本征石墨烯-HF-H.(c)B-摻雜石墨烯-HF-F.(d)B-摻雜石墨烯-HF-H.(e)Al-摻雜石墨烯-HF-F。
圖6. 態(tài)密度. (a)本征石墨烯-HF-F.(b)本征石墨烯-HF-H.(c)B-摻雜石墨烯-HF-F.(d)B-摻雜石墨烯-HF-H.(e)Al-摻雜石墨烯-HF-F。
相關(guān)研究成果由華北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院Tao Chen等人于2021年發(fā)表在Journal of Molecular Modeling (https://doi.org/10.1007/s00894-021-04683-7)上。原文：A DFT-based analysis of adsorption properties of fluoride anion on intrinsic, B-doped, and Al-doped graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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