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不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的第一性原理研究
不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的第一性原理研究
摘要：
石墨烯作为一种新颖的二维材料，在储能、催化、电子器件等领域具有广泛应用前景。掺杂石墨烯可以调控其电子结构和化学性能，进一步拓展其应用范围。本文通过第一性原理计算研究了不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的性质。结果表明，硼掺杂可以显著改变石墨烯的电子结构，并且掺杂浓度的增加会增加石墨烯吸附金原子的稳定性。
关键词：硼掺杂，石墨烯，金原子，第一性原理
1.引言
石墨烯是一种由碳原子通过共价键相连形成的二维晶体结构，具有出色的电学、光学和力学性能，因此在各个领域都受到广泛的关注。然而，石墨烯的零带隙导致其在应用中的局限性，因此，对石墨烯进行掺杂以调控其电子结构成为一种有效的方法。硼元素作为一种常见的掺杂剂，可以引入空穴和阻止杂质的扩散，从而改变石墨烯的电学性能。另一方面，金原子作为重要的催化剂，其在催化、储能等方面也具有重要的应用价值。因此，研究硼掺杂石墨烯吸附金原子的性质，对拓展石墨烯在催化领域的应用具有重要意义。
2.方法
本文采用第一性原理方法，基于密度泛函理论和平面波基组，使用VASP软件包对不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的性质进行计算。采用GGA-PBE近似解决泛函，并增加了DFT-D校正以考虑范德华相互作用。采用了Gamma-centered的k网格以及截断能的设置来保证计算的精确性。
3.结果和讨论
我们首先分析了硼掺杂石墨烯的几何结构，发现硼原子更倾向于取代碳原子，而不是插入其中。掺杂硼原子导致石墨烯形成了缺陷结构，并引入了空穴，改变了其电子结构。接下来，我们研究了不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的稳定性。通过计算吸附能，我们发现硼掺杂石墨烯能够显著提高金原子在其表面的吸附能。而且，随着硼掺杂浓度的增加，吸附能也逐渐增大，表明硼掺杂可以增强硼掺杂石墨烯吸附金原子的稳定性。此外，我们还研究了金原子在硼掺杂石墨烯表面的结构和电子性质。结果表明，金原子吸附在硼掺杂石墨烯表面后，与石墨烯形成了相互作用，并且金原子的电子态密度在吸附后有显著的变化。
4.结论
本文通过第一性原理计算研究了不同浓度硼掺杂石墨烯吸附多层金原子的性质。结果表明，硼掺杂可以显著改变石墨烯的电子结构，并且掺杂浓度的增加会增加石墨烯吸附金原子的稳定性。这些发现为进一步探索硼掺杂石墨烯在催化领域的应用提供了理论基础。
参考文献：
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