电场调制掺杂石墨烯气体传感性质研究

本项目从第一原理密度泛函理论出发，研究在施加和未施加电场两种情况下，各种掺杂石墨烯(二维石墨烯和一维石墨烯纳米带)的几何结构、电子结构和气体传感性质，并与纯石墨烯进行比较。通过形成能的计算得到各种掺杂物在石墨烯上的最佳掺杂位置，通过吸附能的计算得到各种气体分子在掺杂石墨烯上的最优吸附位置和吸附构型。在此基础上，从理论上研究在电场作用下各种分子吸附在掺杂石墨烯表面上的界面性质，详细分析吸附前后掺杂石墨烯的帯隙、电子迁移率、电子结构、能带结构以及吸附物和石墨烯之间的电荷转移，得到其电子输运性质的变化。通过改变外加电场的大小和方向，实现气体分子在掺杂石墨烯表面的吸附和脱附，从微观上为探讨其敏感机理提供理论依据。本项目的创新点在于通过外加电场和掺杂两种手段来调制石墨烯的气体传感性质，为新型石墨烯纳米材料在传感器方面的应用提供理论基础和指导。

本项目基于第一原理，利用密度泛函理论对各种功能化石墨烯和石墨烯纳米带的几何结构、电子结构和气体传感性质进行研究。通过掺杂各种金属原子和无机非金属原子来直接调控石墨烯和石墨烯纳米带的电学和磁学性能；通过在石墨烯表面吸附金属原子、团簇、有机官能团及对石墨烯纳米带进行不同边缘饱和来调控其电子结构；对石墨烯进行各种金属和非金属原子掺杂来增强其气体吸附性能，通过吸附能的计算得到各种气体分子的最优吸附位置和吸附构型。另一方面，通过施加外加电场可以进一步调控各种功能化石墨烯的电子结构。研究在外加电场作用下各种分子在掺杂石墨烯表面上的吸附，分析外加电场对吸附几何结构、吸附稳定性和电子结构的影响。本项目的创新点在于对石墨烯进行功能化来调控其电子结构和气体吸附性能，探求利用外加电场调控其吸附稳定性，本项目将为新型石墨烯纳米材料在传感器方面的应用提供理论基础和指导。