Modulation of the electronic and mechanical properties of phagraphene via hydrogenation and fluorination

文献情報

出版日 2017-02-28
DOI 10.1039/C6CP08621G
インパクトファクター 3.676
著者

Houyang Chen


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要旨

Recently, a new carbon sheet, phagraphene, was proposed by theoretical calculations [Nano Lett. 2015, 15, 6182]. In this paper, hydrogenated and fluorinated phagraphene (denoted as H-PHA and F-PHA) sheets have been systematically studied using first-principles calculations. The results of formation energy, ab initio molecular dynamics, phonon dispersion and elastic constants confirm that the modified phagraphene sheets are thermodynamically and dynamically as well as mechanically stable. We find that hydrogenation or fluorination is an effective way to modulate the bandgap, and we also find that adsorption-induced semimetal–semiconductor transition and adsorption-induced semimetal–insulator transition occur. Configuration-dependent bandgaps for partially H-PHA and configuration-independent bandgaps for fully H-PHA are determined. Adsorption-ratio-dependent bandgaps of H-PHA and F-PHA are also identified. Bandgaps calculated from HSE06 and PBE functionals of fully H-PHA are larger than those of F-PHA, and they are comparable to hydrogenated/fluorinated penta-graphene while they are larger than their corresponding graphene. Dependence of bandgaps of fully H-PHA and F-PHA on the tensile strain is investigated, and our calculations show that an insulator–semiconductor transition occurs upon increasing the tensile strain. Our results also show that the mechanical properties can be controlled using hydrogenation and fluorination. The calculations of Young's modulus and Poisson's ratio reveal that functionalized phagraphene sheets possess suitable stiffness and resistance to volume deformation, and both are smaller than those of the pristine phagraphene.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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