利用一系列理论方法研究了三种双原子分子（H₂、CO和HF）在石墨烯和最近合成的N-掺杂多孔石墨烯（4N-石墨烯）上的物理吸附，揭示了它们非共价相互作用的特点。氢分子的吸附显示4N-石墨烯的相互作用能（E_int）约为原始石墨烯的两倍。同时，CO分子在4N石墨烯上的物理吸附的E_int值也明显增强。HF分子具有最显著的优势。我们将近十倍的增强与四分叉键的出现联系起来。从头计算的分子动力学模拟表明，T=77 K时，在整个模拟过程中，CO和HF分子保持在接近孔隙的位置。它证实了4N-石墨烯作为储气候选材料的潜在用途。本研究观察了前瞻性模型系统，可以提出一种简单的方法来描述石墨烯基吸附剂掺杂孔隙区域发生的复杂情况。
 
  
图1. 该论文中研究的两种吸附剂（顶部）和三种吸附分子（底部）。色码：深红色-电子积累，深蓝色-电子耗尽。原子色码：氢-白色，氧-红色，碳-钻石绿色，氟-淡红色，氮-蓝色。
 
 
图2. （A）H₂@石墨烯（水平吸附）；（B）H₂@石墨烯（垂直吸附）；（C）H₂@4N-石墨烯（水平吸附），（D）H₂@4N-石墨烯（垂直吸附）。插图显示E_int与d曲线接近最小值。
 

图3. （A）CO@石墨烯（水平吸附）；（B）CO@石墨烯（垂直吸附，O-down）；（C）CO@石墨烯（垂直吸附，C-down）。（D）CO@4N-石墨烯（水平吸附）；（E）CO@4N-石墨烯（垂直吸附，O-down）；（F）CO@4N-石墨烯（垂直吸附，C- down）。插图显示E_int与d曲线接近最小值。
 

图4. （A）HF@石墨烯（水平吸附）；（B）HF@石墨烯（垂直吸附，H-down）；（C）HF@石墨烯（垂直吸附，F-down）。（D）HF@4N-石墨烯（水平吸附）；（E）HF@4N-石墨烯（垂直吸附，H-down）；F-HF@4N-石墨烯（垂直吸附，F-down）。插图显示E_int与d曲线接近最小值。
 

图5. HF@石墨烯和HF@4N-石墨烯石墨烯复合物的IGM等值面（isovalue=0.001）。绿色等值面表示范德华相互作用，蓝色-强吸引相互作用。原子色码：钻石绿-碳，白色-氢，蓝色-氮，浅红色-氟。
 

图6. 研究系统的电子密度差（EDD）。红色波瓣表示电子密度增加；蓝色波瓣表示电子密度的损失。原子色码：黄色-碳，蓝色-氮，浅蓝色-氢，红色-氧，浅棕色-氟。

       相关研究成果由俄罗斯伊尔库茨克国立研究技术大学I.K. Petrushenko等人于2021年发表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101446)上。原文：Adsorption of diatomic molecules on nitrogenated holey graphene: Theoretical insights。

转自《石墨烯研究》公众号