这所院校又添新作：使用（非）补偿的 B-N 对增强化学吸附在石墨烯上的原子氢的能量和磁稳定性
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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Physical Chemistry Chemical Physics
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Enhancing the energetic and magnetic stability of atomic hydrogen chemisorbed on graphene using (non)compensated B-N pairs
Chen Zhengyan; Wang Sanjun; Xiong Wen; Wang Fei
Published：2024-04-29
DOI：10.1039/d4cp00923a
研究背景
在当今社会，人们对于如何提升材料的性能和稳定性有着持续的探索和需求。然而，研究者们一直在寻找方法来增强石墨烯等材料上原子级别的磁性和能量稳定性。这个问题一直存在，直到最近一项研究取得了重要突破。
研究内容
最新研究发表在《物理化学化学物理学》期刊上，题为“通过（非）补偿的B-N对提高石墨烯上原子氢的能量和磁性稳定性”。研究通过首次原子尺度磁矩鉴定的开创性研究，发现单个氢原子在原始石墨烯上的化学吸附呈现出明显的自旋极化。通过第一性原理计算和分析，研究表明，通过将补偿的B-N对嵌入到石墨烯中，氢吸附物和碳基底之间的结合得到了显著增强。令人惊讶的是，通过非补偿的B-N对掺杂，这种相互作用可以进一步增强。我们建立的H 1s和带隙能带边缘杂化p<sub>z</sub>之间的轨道相互作用原型，为增强机制提供了见解。对于补偿的B-N掺杂，导带最小值（CBM）被向上推移，这引发了H 1s和CBM的杂化p<sub>z</sub>轨道之间更强的相互作用。对于非补偿的B-N掺杂，轨道相互作用发生在价带最大值的H 1s和杂化p<sub>z</sub>轨道之间，从而由于增大的能隙进一步降低了结果的结合能。这种显著增强的H和C原子之间的相互作用与带边缘电荷定位的结果相吻合。更重要的是，在两种掺杂情况下，相应的磁矩可以很好地维持甚至增强；在非补偿掺杂中需要一个额外的H原子，其电子占据了空的CBM。这些发现可能为提升石墨烯上原子级磁矩的能量和磁性稳定性提供了一个有效而实用的途径，并广泛扩展了非补偿掺杂的概念。
研究意义
这项研究的创新之处在于揭示了通过B-N对掺杂来增强石墨烯上原子氢的能量和磁性稳定性的新途径，为材料科学领域带来了新的启示。这不仅可以推动研究者对原子级别磁性的理解，还为未来材料设计和应用提供了重要参考。这一发现为研究者们提供了一个全新的思路，有望在材料科学领域取得更多突破性进展。
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