Моделювання процесів взаємодії фулерену С20 з графеном
Анотація
Графен, вуглецевий лист товщиною в один атом, з атомами вуглецю, розташованими у двовимірній стільниковій конфігурації, має ряд цікавих властивостей. Фулерени є перспективним матеріалом для створення електроактивних елементів в сонячних елементах і активних шарів в тонкоплівкових органічних транзисторах. Методом мінімізації енергії з потенціалом Бреннера другого покоління (REBO) побудовано комп’ютерну модель молекули фулерену С20. Побудовано комп’ютерну модель «нескінченного» бездефектного графену, призначену для розгляду процесу адсорбції молекули фулерену C20 на його поверхні. Для дослідження процесу адсорбції комп’ютерні моделі фулерену та «нескінченного» графену були наближені до необхідної відстані з іншим набором геометричного розташування фулерену відносно поверхні графену. Встановлено, що адсорбція фулерену С20 на поверхні графену може здійснюватися трьома різними способами, які відрізняються кількістю взаємодіючих атомів фулерену і графену. Розраховано енергію зв’язку та довжину адсорбції для молекул фулерену С20, адсорбованих на поверхні графену різними способами. Виявлено шлях адсорбції, що відповідає найбільшій енергії зв'язку і найменшій довжині адсорбції.
Завантаження
Посилання
S.K. Tiwari, S. Sahoo, N. Wang, and A. Huczko, “Graphene research and their outputs: Status and prospect,” Journal of science: Advanced materials and devices 5, 10-29 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jsamd.2020.01.006
M. Hoseini-Ghahfarokhi, S. Mirkiani, N. Mozaffari, M.A.A. Sadatlu, A. Ghasemi, S. Abbaspour, M. Akbarian, et al., “Applications of Graphene and Graphene Oxide in Smart Drug/Gene Delivery: Is the World Still Flat.” International journal of Nanomedicine 15, 9469-9496 (2020). https://doi.org/10.2147/IJN.S265876
S. Singh, M.R. Hasan, P. Sharma, and J. Narang, “Graphene nanomaterials: The wondering material from synthesis to applications,” Sensors International, 3, 100190 (2022). https://doi.org/10.1016/j.sintl.2022.100190
S. Korkmaz, and I.A. Kariper, “Graphene and graphene oxide based aerogels: synthesis, characteristics and supercapacitor applications,” Journal of Energy Storage, 27, 101038 (2020). https://doi.org/10.1016/j.est.2019.101038
F. Zabihi, Q. Chen, Y. Xie, and M. Eslamian, “Fabrication of efficient graphene-doped polymer/fullerene bilayer organic solar cells in air using spin coating followed by ultrasonic vibration post treatment,” Superlattices and Microstructures, 100, 1177 1192 (2016). https://doi.org/10.1016/j.spmi.2016.10.087
M. Paukov, C. Kramberger, I. Begichev, M. Kharlamova, and M. Burdanova, “Functionalized Fullerenes and Their Applications in Electrochemistry,” Solar Cells, and Nanoelectronics, Materials, 16(3), 1276 (2023). https://doi.org/10.3390/ma16031276
Y.Z. Li, J.C. Patrin, M. Chander, J.H. Weaver, L.P.F. Chibante, and R.E. Smalley, “Ordered Overlayers of C60 on GaAs(110) Studied with Scanning Tunneling Microscopy,” Science, 252(5005), 547-548 (1991). https://doi.org/10.1126/science.252.5005.547
S. Laref, A.M. Asaduzzaman, W. Beck, P.A. Deymier, K. Runge, L. Adamowicz, and K. Muralidharan, “Characterization of graphene–fullerene interactions: Insights from density functional theory,” Chemical Physics Letters, 582, 115-118 (2013). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2013.07.033
D. Chen, and D. Sarid, “An STM study of C60 adsorption on Si(100)-(2×1) surfaces: from physisorption to chemisorption,” Surface Science, 329, 206-218 (1995). https://doi.org/10.1016/0039-6028(95)00051-8
D. Klyachko, and D.M. Chen, “Ordering of C60 on Anisotropic Surfaces,” Physics Review Letters, 75, 3693-3696 (1995). https://doi.org/10.1103/physrevlett.75.3693
S. Haghgoo, and A.R. Nekoei, “Metal oxide adsorption on fullerene C60 and its potential for adsorption of pollutant gases; density functional theory studies,” RSC Advances, 11(28), 17377-17390 (2021). https://doi.org/10.1039/d1ra02251b
M.R. Cerón, C. Zhan, P.G. Campbell, M.C. Freyman, C. Santoyo, L. Echegoyen, B.C. Wood, et al., “Integration of Fullerenes as Electron Acceptors in 3D Graphene Networks: Enhanced Charge Transfer and Stability through Mole’cular Design,” ACS Applied Materials and Interfaces, 11(32), 28818–28822 (2019). https://doi.org/10.1021/acsami.9b06681
X. Du; F. Chen, X. Chen, X. Wu, Y. Cai, X. Liu, and L. Wang, “Adsorption geometry of individual fullerene on Si surface at room-temperature,” Applied Physics Letters, 97, 253106 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3529446
P.J. Moriarty, “Fullerene adsorption on semiconductor surfaces,” Surface Science Reports, 65, 175-227 (2010). http://dx.doi.org/10.1016/j.surfrep.2010.08.001
J. Li, Y. Cui, L. Zhang, “C60 adsorption on defective Si (1 0 0) surface having one missed dimer from atomic simulations at electrical level,” Arabian Journal of Chemistry, 16, 104816 (2023). https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2023.104816
J. Li, D. Zhao, and L. Zhang, “Strain acting on adsorption of C60 onto graphene from DFTB algorithm,” Carbon Trends, 5, 100138.1–100138.9. (2021). https://doi.org/10.1016/j.cartre.2021.100138
S.K. Shrivastava, “Superconductivity in organic materials,” Journal of Emerging Technologies and Innovative Research, 6, 45 52 (2019). https://www.jetir.org/papers/JETIR1907B71.pdf
Y. Yu, X.-W. Yan, F. Ma, M. Gao, and Z.-Y. Lu, “Candidates of intrinsic superconducting carbon allotrope,” Condensed Materials, 3, 12324 (2023). https://doi.org/10.48550/arXiv.2301.12324
I. Spagnolatti, M. Bernasconi, and G. Benedek, European Physics Lettera, 59, 572 (2002). https://doi.org/10.1209/epl/i2002-00384-1
V.A. Helden, M.T. Hsu, N.G. Gotts, P.K. Kemper, and M.T. Bowers, “Do small fullerenes exist only on the computer? Experimental results on C20 and C24,” Chemical Physics Letters, 204, 15-22 (1993). https://doi.org/10.1016/0009-2614(93)85599-J.
H. Handschuh, G. Gantefor, B. Kessler, P.S. Bechthold, and W. Eberhardt, “Stable Configurations of Carbon Clusters: Chains, Rings, and Fullerenes,” Physics Review Letters, 74, 1095 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.1095
D.J. Klein, W.A. Seitz, and T.G. Schmalz, “Scanning tunnelling microscopy of solid C60/C70,” Nature, 323, 703-706 (1986). https://doi.org/10.1038/323703a0
G.B. Adams, O.F. Sankey, J.B. Page, and M. O’Keeffe, “Jahn-Teller distortions in solid C20 and other fullerene structures,” Chemical Physics, 176, 61-66 (1993). https://doi.org/10.1016/0301-0104(93)85007-u
D.W. Brenner, O.A. Shenderova, J.A. Harrison, S.J. Stuart, B. Ni, and S.B. Sinnot, “A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons,” J. Phys: Condens. Matter, 14, 783-802 (2002). https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/4/312
A.S. Baltenkov, “Spherical Coordinates of Carbon Atoms in C20 Fullerene Cage, https://arxiv.org/pdf/1812.07878.pdf
V.G. Stelmakh, I.D. Yadgarov, and A.N. Ulukmuradov, “Adsorption of C60 fullerene on defect-free graphene,” Uzbek Journal of Physics, 5, 305-308 (2018). https://doi.org/10.52304/.v20i5.122 (in Russian)
D.W. Brenner, O.A. Shenderova, J.A. Harrison, S.J. Stuart, B. Ni, and S.B. Sinnott, “A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons,” J. Phys. Condens. Matter, 14, 783–802 (2002). https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/4/312
H.Y. Ammar, and H.M. Badran, “Ti deposited C20 and Si20 fullerenes for hydrogen storage application, DFT study,” International journal of hydrogen energy, 46, 14565-14580 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.01.231
R. Rahimi, S. Kamalinahad, and M. Solimannejad, “Adsorption of rare gases on the C20 nanocage: A theoretical investigation,” Mater. Res. Express. 5(3), 035006 (2018). https://doi.org/10.1088/2053-1591/aab0e3
Y.S. Al-Hamdani, D. Alfe, O.A. von Lilienfeld, and A. Michaelides, “Tuning dissociation using isoelectronically doped graphene and hexagonal boron nitride: Water and other small molecules,” J. Chem. Phys. 144, 154706 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4945783
Авторське право (c) 2023 Ішмумін Д. Ядгаров, Фарід Ф. Умаров, Асроріддін С. Косимов, Хаїтмурод І. Джабборов, Шодібек Ю. Амінов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
