Graphene分子前线轨道和STM图像的第一原理研究

摘要

本文研究的graphene分子指以下两种：第一种为三角形扶手椅型graphene每边添加两条含有n(n=4,6,8,12)个碳原子的烷基链形成具有曲面结构的FTBC-Cn分子，第二种为由FTBC-Cn分子有序自组装在高定向裂解石墨（HOPG）上形成的自组装超分子结构。分别在0K，298K，333K和353K下优化微观构型后，采用密度泛函理论及第一原理方法模拟独立FTBC-Cn分子和FTBC-Cn自组装超分子结构的前线轨道（即电子态密度分布）和STM实验图片（即电子态密度分布），分析了这两种分子电子态密度分布在不同温度下的稳定性。结果表明：室温下，FTBC-Cn分子前线轨道的计算模拟结果与实验结果吻合很好，FTBC-Cn自组装超分子结构的STM图像的计算模拟结果与实验结果也吻合较好；进而通过计算模拟预测了这两种分子在0K，333K和353K下，电子态密度分布均较稳定。将独立FTBC-Cn分子有序自组装在HOPG衬底上，不但改变了独立FTBC-Cn分子前线轨道的分布（即电子态密度分布），也设计出了一种不同温度下微观构型和电子态密度分布稳定的自组装超分子结构，即稳定的二维表面材料。并且改变FTBC-Cn分子烷基链的长度，可以调节和控制自组装超分子的微观构型。