采用密度泛函理論(DFT)計(jì)算方法研究了官能團(tuán)(羥基和環(huán)氧基)對(duì)氧化石墨烯與氧化鐵基體界面相互作用的影響。計(jì)算結(jié)果表明，吸附的官能團(tuán)可以提高GO與Fe
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3基底之間的相互作用強(qiáng)度，結(jié)合能增強(qiáng)的幅度與官能團(tuán)的吸附位有關(guān)。對(duì)于位于表面O原子頂部氧化原子相鄰C原子的GO/ Fe
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3-O模型，結(jié)合能顯著增強(qiáng)，這主要是由于界面C-O共價(jià)鍵的形成。此外，GO/ Fe
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3-O模型的最大結(jié)合能是Gr/ Fe
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3-O模型的4倍以上。對(duì)于本文研究的GO/Fe
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3-O和GO/Fe
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3-Fe模型，GO在Fe
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3表面發(fā)生物理吸附，結(jié)合能略有提高。該研究有助于更深入地了解石墨烯基涂層材料在氧化鐵表面的防護(hù)性能。
圖1. 研究了(a)Fe
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3-Fe和(b)Fe
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3-O表面的初始結(jié)構(gòu)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。氧化鐵的鐵原子和氧原子分別用紫色和紅色表示。
圖2. Gr/Fe
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3-Fe模型中石墨烯層上四個(gè)具有代表性的官能團(tuán)吸附點(diǎn)。C原子、Fe原子和O原子分別顯示為灰色、紫色和紅色。吸附位點(diǎn)1、2、3和4上的C原子分別用黃色、綠色、藍(lán)色和粉色標(biāo)記。
圖3. (a)Gr/Fe
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3-Fe，(b)GO-OH-2/Fe
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3-Fe，(c)GO-O-23/Fe
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3-Fe模型優(yōu)化結(jié)構(gòu)的垂直視圖(上)和橫向視圖(下)。垂直視圖中，F(xiàn)e原子表面頂部的C原子用黃色標(biāo)記，官能團(tuán)的O原子用粉色標(biāo)記。
圖4. (a)Gr/Fe
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3-Fe，(b)GO-OH-2/Fe
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3-Fe，(c)GO-O-23/Fe
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3-Fe模型的電荷密度差(上)及其二維圖(下)。上圖中的Fe、O、C和H原子分別以藍(lán)色、紅色、灰色和白色顯示。青色和黃色表示電子的消耗和積累，等值面值為0.002 e/Bohr
3。
圖5. Gr/Fe
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3-Fe、GO-OH-2/Fe
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3-Fe和GO-O-23/Fe
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3-Fe模型沿z-方向面平均電荷密度差。左(右)虛線之間的空間表示Fe
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3-Fe表面和GO層之間的界面。
圖6. (a)Gr/Fe
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3-O，(b)GO-OH-2/Fe
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3-O，(c)GO-OH-3/Fe
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3-O模型優(yōu)化結(jié)構(gòu)的垂直視圖(上)和橫向視圖(下)。在垂直視圖中，O原子表面頂部的C原子用黃色標(biāo)記，官能團(tuán)中的O原子用粉色標(biāo)記。
圖7. (a)Gr/Fe
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3-O，(b)GO-OH-2/Fe
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3-O，(c)GO-OH-3/Fe
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3-O模型的電荷密度差。青色和黃色表示電子的消耗和積累，等值面值為0.003 e/Bohr
3, Fe、O、C和H原子分別顯示為藍(lán)色、紅色、灰色和白色。
圖8. Gr/Fe
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3-O，GO-OH-2/Fe
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3-O，GO-OH-3/Fe
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3-O模型沿z-方向面平均電荷密度差。左(右)虛線之間的空間表示Fe
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3-Fe表面和GO層之間的界面。
圖9. Gr/Fe
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3-O，GO-OH-2/Fe
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3-O，GO-OH-3/Fe
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3-O模型中頂部C原子2p軌道和O原子下方2p軌道的PDOS。
相關(guān)研究成果由重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Xia Wang等人于2021年發(fā)表在Surface Science (https://doi.org/10.1016/j.susc.2021.121982)上。原文：Effect of functional groups on the adsorption of graphene oxide on iron oxide surface。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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