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生活污水中的氟排放是造成严重环境问题的主要原因。本文用密度泛函理论研究了F-离子和HF分子在本征石墨烯、硼掺杂石墨烯和铝掺杂石墨烯上的吸附特性。通过对能带结构、几何结构、吸附能、电荷转移、电荷密度、态密度和前沿轨道的分析，发现F-离子和HF分子在本征石墨烯和HF分子在硼掺杂石墨烯上的吸附较弱，仅为物理吸附。当F-离子和HF分子吸附在铝掺杂石墨烯上，F-离子吸附在硼掺杂石墨烯上时，吸附能、电荷转移和电荷密度都大大增加，吸附距离显著减小，通过电荷密度和态密度分析，发现存在明显的杂化现象。通过比较能带间隙的变化，还可以发现铝掺杂石墨烯对F-离子更为敏感。本研究为基于石墨烯的氟传感器的应用提供了理论指导。
图1. 物理模型.(a)本征石墨烯.(b)B-掺杂石墨烯.(c)Al-掺杂石墨烯。
图2.能带结构.(a)本征石墨烯.(b)B-掺杂石墨烯.(c)Al-掺杂石墨烯。
图3. 电荷密度.(a)本征石墨烯-T-F-.(b)B-掺杂石墨烯-T-F-.(c)Al-掺杂石墨烯-T-F。
图4. 态密度.(a)本征石墨烯-T-F-.(b)B-掺杂石墨烯-T-F-.(c)Al-掺杂石墨烯-T-F。
图5. 电荷密度.(a)本征石墨烯-HF-F.(b)本征石墨烯-HF-H.(c)B-掺杂石墨烯-HF-F.(d)B-掺杂石墨烯-HF-H.(e)Al-掺杂石墨烯-HF-F。
图6. 态密度. (a)本征石墨烯-HF-F.(b)本征石墨烯-HF-H.(c)B-掺杂石墨烯-HF-F.(d)B-掺杂石墨烯-HF-H.(e)Al-掺杂石墨烯-HF-F。 相关研究成果由华北理工大学机械工程学院Tao Chen等人于2021年发表在Journal of Molecular Modeling (https:///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。 |
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