由于天然原子種類有限，并且制備的納米顆粒具有低尺寸的多分散性，因此通過改變石墨烯的層間距在原子水平上調(diào)整其有趣的財產(chǎn)仍然是一個挑戰(zhàn)。在這里，我們證明了超級原子可以通過在石墨烯層之間提供可調(diào)節(jié)和穩(wěn)定的插層單元來彌補(bǔ)缺陷，從而有效控制層間距離。我們的計算表明，對于嵌入石墨烯夾層之間的Au
20超級原子，隨著其密度從2.1×10
-3增加到4.0×10
-3超級原子/Å
2，石墨烯夾層間距從9.3增加到11.4Å。Au
20保持與石墨烯層處于分散相互作用主導(dǎo)的物理吸附狀態(tài)，直到密度降低到1.6×10
–3超級原子/Å
2，之后石墨烯可以粉碎Au
20，從而形成具有變形Au
20的化學(xué)吸附的石墨烯結(jié)構(gòu)。這項工作表明，超原子在膜分離應(yīng)用中具有重要的前景。
圖1. 石墨烯–Au
20–石墨烯（GAG）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和能級。（a） 左側(cè)顯示了GAG周期系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；右側(cè)顯示了不同面密度的結(jié)構(gòu)（4.0×10
-3、2.8×10
-3，2.1×10
-3和1.6×10
-3超原子/Å
2）。它們分別由結(jié)構(gòu)I、II、III和IV標(biāo)記。石墨烯層的間距是中間最高層和邊緣最低層的平均值。（b） 四種GAG結(jié)構(gòu)的能級和分子軌道（MO）。等值面為0.006。
圖2:GAG系統(tǒng)的相互作用能量分析（E
int）和能量分解分析（EDA）。（GAG結(jié)構(gòu)由兩個不同形式的碎片組成。一個是G（AG），底部石墨烯包含Au
20碎片和上部石墨烯碎片，另一個是（GA）G，其中上部石墨烯包含Au
20碎片和下部石墨烯碎片）。
圖3. GAG結(jié)構(gòu)的狀態(tài)密度（DOS）和MO（黑色實線：DOS；紅線：石墨烯碎片（G）A（G）的部分狀態(tài)密度（PDOS）；綠線：上部石墨烯碎片（G）AG的PDOS；黃線：下部石墨烯碎片GA（G）的PDOS；藍(lán)線：Au
20超原子碎片的PDOS）。垂直線是相應(yīng)結(jié)構(gòu)的HOMO和LUMO。等值面為0.004。
相關(guān)研究成果由香港城市大學(xué)Rui-Qin Zhang和吉林大學(xué)Yan Xue、Zhigang Wang等人2023年發(fā)表在The Journal of Physical Chemistry C (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c08437)上。原文：Modulation of Graphene Interlayer Spacing by Superatoms。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
