氧化石墨烯纳米带能带结构和态密度的第一性原理研究

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1、氧化石墨烯纳米带能带结构和态密度的第一性原理研究王伟华卜祥天内蒙古民族大学物理与电子信息学院棊于密度泛函理论，采用第一性原理方法，计算丫氧化石墨烯纳米带的电荷密度、能带结构和分波态密度。结果表明，石墨烯纳米带被氧化后，转变为间接带隙半导体，带隙值为0.375eV。电荷差分密度表明，从C原子和H原子到0原子之间有电荷的转移。分波态密度显示，在导带和价带中C-2s、2p，0-2p,H-ls电子态之间存在强烈的杂化效应。在费米能级附近，0-2P态电子局域效应的贡献明显，对于改善氧化石墨烯纳米带的半导体发光效应起到丫主要作用。关键词：氧化石墨烯纳米带;能带;分波态密

2、度;第一性原理;王伟华(1985-),男，内蒙古通辽人，傅士，副教授，2013年于内蒙古大学获得学位，主要从事凝聚态理论计算材料光学性质的研究。E-mail:chcnqiwangwcihua@163.com收稿曰期:2017-08-15基金:国家自然科学基金(11464034)EnergyBandStructureandDensityofStatesofGrapheneOxideNanoribbons:TheFirstPrincipleCalculationsWANGWei-huaBUXiang-tianCollegeofPhysicsandElectron

3、icsInformation，InnerMongoliaUniversityforNationalities:Abstract：Thechargedensity，energybandstructure，densityofstatesandprojectdensityofstatesofgrapheneoxidenanoribbonswereinvestigatedusingthefirstprinciplecalculationsbasedondensityfunctionaltheory.Theresultsindicatethatthegrapheneo

4、xidenanoribbonsareanindirectbandgapsemiconductorwithanenergygapof0.375cV.ThechargedensityistransferredamongC,0andHatoms.TheprojectdensityofstatesshowthatthelocalizationandhybridizationbetweenC_2s，2p,0-2p,H~1selectronicstatesareinducedintheconductionbandandvalenceband.Thelocalizatio

5、nisinducedby0-2pelectronicstatesatFermilevel.Itplaysamajorroleinimprovingthesemiconductorluminescenceeffectofgrapheneoxidenanoribbons.Keyword：grapheneoxidenanoribbons;energyband;projectdensityofstates;firstprinciplecalculations;Received：2017—08—151引言石墨烯纳米带(GNRs)是当前研究领域中最新的研究材料之一，因为

6、具有优良的电学和光学特性使其为制备高效的纳米电子器件提供丫咯实的材料棊础，引起了科学工作者的广泛关注U1。石墨烯纳米带中的杂质种类对其电子性能影响显著，经过一些实验证明，氧化石墨烯作为一种新型优异材料，由于具有可控的带隙以及良好的溶解度和成膜性能，因此被应用于制备高效稳定的聚合物太阳能电池等方面m。Higginbotham等利用纵向的多壁碳纳米管的解压方法，制备出氧化石墨烯纳米带，并且材料屮含有较少的缺陷和杂质U1。掺杂金属的扶手椅式石墨烯纳米带呈现出导体性质，并且不同的边缘结构促使其电子特性区别明显m。在石墨烯纳米带的制作过程中，边缘的C原子常常被氧化或者

7、被不同官能团饱和，由于GNRs的特殊性质和边缘状态紧密相关，所以其电子特性和边缘处的化学反应联系紧密。在对GNRs的研究中，缺陷、吸附以及掺杂对其结构和性质都会有影响。在掺杂原子屮，B、C、N处于元素周期表的同一周期，所以掺杂这些原子后的材料在物理和化学性质方面相似同时，掺杂不同的原子会在能带中引入杂质能级，并且掺杂不同的元素以及不同的掺杂方式对能带结构的影响也不同M。氧化石墨烯纳米带中部分碳原子发生sp杂化引起物理特性发生改变，导致材料屮共轭电子结构被改变，导电特性也随之发生变化M。氧化石墨烯纳米带的结构与石墨烯纳米带的结构极其相似，可以于任何时候在横向尺

8、寸上扩展到数十微米，具有量子尺寸效应的显著特性UQ1