《單層石墨烯化學方法修飾的理論研究》是依託重慶大學，由藍宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單層石墨烯化學方法修飾的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：藍宇
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
石墨烯是一類新興的碳素材料，有著廣泛的套用前景。目前石墨烯的修飾成為材料科學領域的熱門研究方向之一。本課題中我們將使用理論計算的方法對單層石墨烯的化學修飾進行研究，重點在於研究石墨烯與苯基鉻、羰基鉻形成絡合物的結構以及排布方式，石墨烯與雙烯或者親雙烯體發生Diels-Alder反應時結構改變對周圍位點反應活性的影響。通過計算化學的研究，認識石墨烯被修飾位點周圍不飽和鍵反應活性，從而預測石墨烯被金屬絡合物、雙烯或親雙烯體化學修飾的反應方式。在本課題中，形變-結合能模型將用於研究石墨烯反應活性。研究過程中，我們將使用有限邊界稠環芳烴作為模型，模擬無限邊界石墨烯與修飾分子結合的反應活性、結構和性質，從而大大簡化計算工作量。
結題摘要
單層石墨烯和碳納米管（SWNTs）都是最近發現的碳的同素異形體，但由於這類化合物具有完美的準平面型態和芳香性，使得他們很難被官能團化。為了研究石墨烯和碳納米管表面修飾化學反應的反應活性相關問題，我們建立了全反應路徑形變-結合能模型。我們首先通過該模型研究了一些小分子化合物雙分子反應活性的相關問題。例如，我們通過使用該模型解釋了雙烯與累積雙鍵化合物反應活性差別的相關問題。此外我們還把該模型套用於含有雜原子的Alder-ene反應活性差別的研究中。根據累積雙鍵小分子體系反應和形變結合能模型的研究，我們把模型套用於研究了單壁碳納米管與丁二烯的Diels-Alder反應的理論研究。通過密度泛函理論（DFT）B3-LYP的方法對不同直徑的單壁碳納米管（4-9, 5）與丁二烯的Diels-Alder反應的反應活性研究表明，隨著單壁碳納米管直徑的增大，其反應活性逐步下降。通過使用全反應路徑形變-結合能模型，我們發現影響反應活性的主要因素在於結合能的差別。單層碳納米管隨著周長減小，其自身形變逐漸增大，導致與雙烯更容易結合。這將導致過渡態更早出現，從而使反應活化能更低。此外，我們還使用有限元法研究了過渡金屬與石墨烯結合的相關機理。研究結果表明η6配位的石墨烯三羰基鉻絡合物中，金屬鉻從一個六元環單元移動到另一個六元環單元，活化能僅為10.7 kcal/mol。這說明三羰基鉻可以在石墨烯表面自由移動。另外Hammett曲線表明，帶吸電子取代基的鉻絡合物有利於鉻絡合物與石墨烯的結合。
