石墨烯对气体的吸附

石墨烯一经制备出来就受到了广泛关注，这归结于石墨烯的二维平面晶体结构具有良好的力学、电学等性质和广阔的应用前景。石墨烯有很大的比表面积，因而吸附性能好。石墨烯是零帯隙的半导体，没有磁性，而用其它原子吸附、掺杂，可以引入磁性甚至打开帯隙，这在纳米电子器件方面很有前途。石墨烯吸附VA、VIA、VIIA 族的典型原子，其最稳定的吸附位分别为桥位、桥位、顶位，而同一主族中最稳定的则是石墨烯吸附N、O、F 的情况。对石墨烯吸附这三种原子的研究，得出结论：N、O 原子的吸附为化学吸附，F 原子的吸附更偏向于物理吸附；完整石墨烯是零帯隙的半导体，F、N 吸附体系的费米能级发生了移动，并且穿过一条能级，体系成为导体，O 吸附体系则是拥有较窄帯隙0.133eV 的半导体；F、N 吸附体系呈铁磁性，其磁性来源于吸附原子与石墨烯衬底的相互作用，而O 吸附体系没有磁性。

早期研究表明CNTs能够很好的探测到N02和NH3气体分子掺杂也可以探测到NH3气体分子,纯石墨烯对02和N02分子敏感点缺陷掺杂的石墨稀对C0,NO和NO2气体分子敏感Li的掺杂能大大提高石墨稀对H2气体分子的吸附程度,一个Li 原子上最多可以吸附4个氏分子,Li掺杂的石墨烯很有潜力作为储氧材料Ural等人的研究结果表明Pd和Pt的掺杂也能使石墨稀有效地探测H2气体分子,但再用做储氢材料方面不管从吸附程度或材料质量方面都没有Li掺杂的石墨稀具有优势[33,341。Si替位掺杂后的石墨烯对CO,O2,N02和?0敏感增高而P掺杂后石墨稀可以利用磁性性质区分02和掺杂和S掺杂都能提高石墨烯对N02和S02的敏感度在以上前人所做的研究中并没有考虑到掺杂石墨烯对空气中最多的非惰性气体02分子的吸附,对02气体分子过于活跃的性质势必会阻碍掺杂石墨烯成为气体探测器的候选材料。

首先计算了O2分子在N、P、B、Si、S和O替位掺杂的石墨烯上的吸附情况。优化得到稳定结构,计算出吸附能。结果表明:Si和P掺杂的石墨烯吸附O2分子的吸附能过大,而N、B、S、和O掺杂的石墨烯对O2分子吸附能较小。

对非金属原子B、N、S、O掺杂的石墨烯吸附空气中主要污染气体C0、NO、NO2进行了进一步的理论研究,通过分析比较气体吸附前后的态密度图的差别发现,0、B掺杂石墨烯对NO气体分子的吸附敏感,N02气体分子的吸附会提高NG的电导率但会使BG的电导率下降,S掺杂的石墨烯原本具有明显的金属性质,吸附

N02后费米能级上的DOS降到了接近零呈现半导体性质。

在我们的研究中,CO气体分子的吸附对B、N、S、0掺杂的石墨烯电导性质的影响都不明显。这些非金属掺杂的石墨烯都不能成为探测CO气体分子的候选材料。根据前人的研究,点缺陷石墨烯的能够很好地探测CO气体分子,但对02分子也极其敏感[31'62],并不能有效地分辨出CO气体。其他基于石墨烯的材料对CO 气体分子的吸附特性还有待研究。

一是这些地区近地面空气相对湿度比较大，地面灰尘大，地面的人和车流使灰尘搅动起来；

二是没有明显冷空气活动，风力较小，大气层比较稳定由于空气的不流动，使空气中的微小颗粒聚集，漂浮在空气中；

三是天空晴朗少云，有利于夜间的辐射降温，使得近地面原本湿度比较高的空气饱和凝

结形成雾。

四、汽车尾气是主要的污染物排放，近年来城市的汽车越来越多，排放的汽车尾气是雾霾的一个因素；

五、工厂制造出的二次污染；

六、冬季取暖排放的CO2等污染物。

大范围雾霾天气主要出现在冷空气较弱和水汽条件较好的大尺度大气环流形势下，近地面低空为静风或微风。由于雾霾天气的湿度较高，水汽较大，雾滴提供了吸附和反应场所加速反应性气态污染物向液态颗粒物成分的转化，同时颗粒物也容易作为凝结核加速雾霾的生成，两者相互作用，迅速形成污染。

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