【摘 要】
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本征石墨烯（IG）奇异而稳定的二维平面结构决定了它优良的综合性质。然而,石墨烯的功能化及其应用仍存在诸多问题有待解决,引入其他元素掺杂是极具潜力的改善方法之一。SO2/NO气
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本征石墨烯（IG）奇异而稳定的二维平面结构决定了它优良的综合性质。然而,石墨烯的功能化及其应用仍存在诸多问题有待解决,引入其他元素掺杂是极具潜力的改善方法之一。SO2/NO气体是飞机发动机排放的典型污染物,除去这类污染物则是人们一直的期待。本文以基于密度泛函理论的第一性原理方法为核心,应用Materials Studio软件,研究了Cu/Zr/Ti原子掺杂石墨烯（即体系Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG）的结构和性能,探究Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系对SO2/NO分子的吸附特性。研究表明,杂质原子Cu/Zr/Ti的引入,会导致Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系的结构畸变、对称性破缺,进而空间群发生改变。杂质原子的共价半径越大,引发的畸变越显著。过渡金属Cu/Zr/Ti掺杂也会改变石墨烯的光电导特性,使其具有作为可见光敏感材料、传感器材料的潜质。电子态的重新分布是Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系结构和性质产生改变的内在因素。体系Cu-IG呈现典型的窄带隙半导体特征,而体系Ti-IG与Zr-IG呈现典型的p型半导体特征。IG体系对于SO2/NO分子的吸附属于物理吸附,有可能成为SO2和NO气体的吸附材料;体系IG-SO2和IG-NO的电子导电性和磁性显示其不宜用作探测SO2和NO气体的敏感材料。掺杂石墨烯Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系对SO2分子的吸附效果较强,属于化学吸附;Cu-IG,Zr-IG和Ti-IG对SO2分子的吸附效果依次增强,它们均可用作对SO2气体的吸附材料。Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系也可作为探测SO2气体的敏感材料,其中Cu-IG-SO2的磁性和电子导电性变化显著;Zr-IG-SO2与Ti-IG-SO2的电子导电性变化显著。掺杂石墨烯Cu-IG,Zr-IG,Ti-IG体系对NO分子的吸附效果也较强,属于化学吸附;Cu-IG,Ti-IG和Zr-IG对NO分子的吸附效果依次减弱;它们均可用作NO气体的吸附材料。Cu-IG,Ti-IG和Zr-IG体系均可作为探测NO气体的敏感材料,其中,Cu-IG吸附NO分子后呈现良好的电子导电性和磁性的变化,较为适合作为探测NO气体的敏感材料。
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