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加州大學De-en Jiang課題組--MXene和石墨烯異質結構的界面和電子性質
        基于MXene的異質結構因其獨特的性能而受到了廣泛的關注。在這里,我們使用密度泛函理論研究了典型的MXene Ti3C2T2(T = O、OH、F;端基)和石墨烯的各種異質結構。我們發現這些異質結構的粘附能、電荷轉移和能帶結構不僅對表面官能團敏感,而且對堆積順序敏感。由于其與石墨烯的功函數差異最大,因此Ti3C2(OH)2與石墨烯的相互作用最強,其次是Ti3C2O2,然后是Ti3C2F2。電子從Ti3C2(OH)2轉移到石墨烯,但從石墨烯轉移到Ti3C2O2和Ti3C2F2,這導致單層石墨烯和單層MXene異質結構中石墨烯帶的狄拉克點移動。在雙層石墨烯和單層MXene的異質結構中,界面破壞了雙層石墨烯的對稱性;在AB堆疊雙層的情況下,電子轉移會產生界面電場,從而在K點處打開石墨烯帶中的間隙。這種內部極化增強了兩個石墨烯層之間的界面粘附力和內聚力。MXene-石墨烯-MXene和石墨烯-MXene-石墨烯夾心結構表現為兩個鏡像對稱的MXene-石墨烯界面。我們的第一性原理研究提供了對典型MXene和石墨烯之間相互作用的全面理解。
 
Figure 1. 優化的單層Ti3C2T2_graphene異質結構的幾何形狀和能帶結構:(a,b)Ti3C2O2_石墨烯;(c,d)Ti3C2(OH)2-石墨烯;(e,f)Ti3C2F2_graphene
 

Figure 2. (a)Ti3C2O2_石墨烯(MO_G)、(b)Ti3C2(OH)2_石墨烯(MOH_G)和(c)Ti3C2F2_石墨烯(MF_G)界面的電子密度差

 
Figure 3. 使用AA堆疊雙層石墨烯(2GAA)優化Ti3C2T2異質結構的幾何形狀和能帶結構:(a-c)Ti3C2O2_2GAA;(d-f)Ti3C2(OH)2_2GAA;(e-i)Ti3C2F2_2GAA。
 

Figure 4. 具有AB堆積雙層石墨烯的Ti3C2T2異質結構的優化幾何形狀和能帶結構:(a-c)Ti3C2O2_2GAB;(d-f)Ti3C2(OH)2_2GAB;(e-i)Ti3C2F2_2GAB。
 

Figure 5. 石墨烯-Ti3C2T2-石墨烯夾心結構的優化幾何形狀和能帶結構:(a-c)G_Ti3C2O2_G;(d-f)G_Ti3C2(OH)2_G;(e-i)G_Ti3C2F2_G
 
       相關研究成果于2019年由加州大學De-en Jiang課題組,發表在PHYSICAL REVIEW B (DOI: 10.1103/PhysRevB.99.085429)上。原文:Interfacial and electronic properties of heterostructures of MXene and graphene。
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