基于MXene的异质结构因其独特的性能而受到了广泛的关注。在这里，我们使用密度泛函理论研究了典型的MXene Ti₃C₂T₂（T = O、OH、F；端基）和石墨烯的各种异质结构。我们发现这些异质结构的粘附能、电荷转移和能带结构不仅对表面官能团敏感，而且对堆积顺序敏感。由于其与石墨烯的功函数差异最大，因此Ti₃C₂(OH)₂与石墨烯的相互作用最强，其次是Ti₃C₂O₂，然后是Ti₃C₂F₂。电子从Ti₃C₂(OH)₂转移到石墨烯，但从石墨烯转移到Ti₃C₂O₂和Ti₃C₂F₂，这导致单层石墨烯和单层MXene异质结构中石墨烯带的狄拉克点移动。在双层石墨烯和单层MXene的异质结构中，界面破坏了双层石墨烯的对称性；在AB堆叠双层的情况下，电子转移会产生界面电场，从而在K点处打开石墨烯带中的间隙。这种内部极化增强了两个石墨烯层之间的界面粘附力和内聚力。MXene-石墨烯-MXene和石墨烯-MXene-石墨烯夹心结构表现为两个镜像对称的MXene-石墨烯界面。我们的第一性原理研究提供了对典型MXene和石墨烯之间相互作用的全面理解。
 
Figure 1. 优化的单层Ti₃C₂T₂_graphene异质结构的几何形状和能带结构：（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）界面的电子密度差

 
Figure 3. 使用AA堆叠双层石墨烯（2GAA）优化Ti₃C₂T₂异质结构的几何形状和能带结构:（a-c）Ti₃C₂O₂_2GAA；（d-f）Ti₃C₂(OH)₂_2GAA；（e-i）Ti₃C₂F₂_2GAA。
 

Figure 4. 具有AB堆积双层石墨烯的Ti₃C₂T₂异质结构的优化几何形状和能带结构:（a-c）Ti₃C₂O₂_2GAB；（d-f）Ti₃C₂(OH)₂_2GAB；（e-i）Ti₃C₂F₂_2GAB。
 

Figure 5. 石墨烯-Ti₃C₂T₂-石墨烯夹心结构的优化几何形状和能带结构:（a-c）G_Ti₃C₂O₂_G；（d-f）G_Ti₃C₂(OH)₂_G；（e-i）G_Ti₃C₂F₂_G
 
       相关研究成果于2019年由加州大学De-en Jiang课题组，发表在PHYSICAL REVIEW B （DOI: 10.1103/PhysRevB.99.085429）上。原文：Interfacial and electronic properties of heterostructures of MXene and graphene。