双层石墨烯层间限域CO氧化反应的密度泛函研究

摘要

cqvip:利用密度泛函理论,研究了双层石墨烯层间一氧化碳(CO)与氧(O)的氧化反应,获得了双层石墨烯层间距与反应能垒的定量关系.计算结果表明反应初态、过渡态、末态体系总能以及反应能垒对层间距离变化敏感:随着层间距的逐渐缩小,反应能垒逐渐增加.因此,改变双层石墨烯层间间距可以实现反应能垒的原子级调控.通过差分电荷密度分析体系的电子结构,发现当双层石墨烯层间距较小时,过渡态O—C=O中碳原子与石墨烯上下层中的碳原子之间有明显的电荷堆积,出现sp轨道杂化,导致二者相互作用增强,在z轴方向受到束缚力,难以与吸附在石墨烯表面的氧原子形成较弱的O—C键,阻碍了过渡态O—C=O的形成.通过调控双层石墨烯间距,可以降低一氧化碳氧化反应能垒.该研究可为石墨烯的应用以及新型碳基插层复合材料的制备提供一定的理论支撑.