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       生活污水中的氟排放是造成嚴重環境問題的主要原因。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。通過對能帶結構、幾何結構、吸附能、電荷轉移、電荷密度、態密度和前沿軌道的分析，發現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F^-離子和HF分子吸附在鋁摻雜石墨烯上，F^-離子吸附在硼摻雜石墨烯上時，吸附能、電荷轉移和電荷密度都大大增加，吸附距離顯著減小，通過電荷密度和態密度分析，發現存在明顯的雜化現象。通過比較能帶間隙的變化，還可以發現鋁摻雜石墨烯對F^-離子更為敏感。本研究為基于石墨烯的氟傳感器的應用提供了理論指導。
 
  
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.能帶結構.(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。
 
       相關研究成果由華北理工大學機械工程學院Tao Chen等人于2021年發表在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。

轉自《石墨烯研究》公眾號