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通过电荷可控调制石墨烯和碳纳米管的HOMO能级
更新日期:2020-04-27


图(a)包含80个碳原子的(3,5)碳纳米管及其对应石墨烯的HOMO能级与额外电子数目关系图,真空能级为0eV;(b)相同额外电子数目的碳纳米管及其对应石墨烯的HOMO能级的差值(CNT-GS)与额外电子数目关系图

图(a)显示的是包含80个碳原子的(3,5)碳纳米管(CNT)及其对应石墨烯(GS)的HOMO能级能量与外加额外电子数关系图。图中可以看出两种低维碳纳米材料的HOMO能级都随着额外电子数的增加而升高;当额外电子数为01时,它们的HOMO能级是负的,低于真空能级且相互很接近;当额外电子数超过2时,HOMO能级开始为正值(比真空能级高),说明如果从电子束中获得足够的能量,HOMO能级上的电子可以很容易的逃逸到真空中成为二次电子。更重要的是,在外加2~8电子时,石墨烯的HOMO能级明显比碳纳米管的低,这说明两者的增长模式不同,并且石墨烯的增长率2.33 eV/electron(电子伏特每额外电子)也明显比碳纳米管的2.66 eV/electron低。进一步,本文把相同额外电子条件下碳纳米管及其对应石墨烯的HOMO能量的差值与额外电子数关系图显示在图(b)中,图中可以看出HOMO能量的差值基本随着额外电子的增加逐渐增加,在8个额外电子时达到2.64eV

  上述结果意味着带额外负电时碳纳米管的HOMO能级比石墨烯的要增长更多、更快,例如,(3,5CNTHOMO增长率为2.66 eV/electron,(3,5GSHOMO增长率为2.33 eV/electron。可以看出,CNTGSHOMO增长率都很大,但是CNTHOMO增长率仍显著高于GSHOMO增长率。这表明,带额外负电时CNTHOMO能级比GS的要上升得更多、更快,因此CNTGS更容易发射二次电子,这与实验中CNT的二次电子产额比GS的二次电子产额更高这个结果相符合。也就是说,之前在实验中发现的碳纳米管二次电子产额比石墨烯高的起源和机理就是由于荷电后碳纳米管的HOMO能级增长的比对应的相同碳原子数的石墨烯快。虽然往碳纳米管和石墨烯中注入额外8个电子在实际实验中很难,但是上述的计算依然能够提供一个可靠的趋势,如图(b),说明本文发现的规律可以在额外电子大于0时起作用,这与之前的实验结果相符。


文章来源:福建省海洋传感功能材料重点实验室(闽江学院) 编辑:打印文章】【 返回顶部