Crown ethers in hydrogenated graphene

文献情報

出版日 2021-08-12
DOI 10.1039/D1CP03069H
インパクトファクター 3.676
著者

Kai Guo, Sitong Liu, Haoming Tu, Zhikun Wang, Liang Chen, Haiqing Lin, Maosheng Miao, Jing Xu, Wei Liu


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要旨

Crown ethers could serve as hosts to selectively incorporate various guest atoms or molecules within the macrocycles. However, the high flexibility of crown ether molecules limits their applications in areas requiring a higher binding strength and selectivity. As an important graphene derivate, graphane, which is composed of entirely sp3 hybridized carbon atoms and possesses the characteristic of non-wrinkle in contrast to graphene, provides an ideal two-dimensional platform to rigidify crown ether molecules. In this work, using first principles calculations, we demonstrate that the embedment of various crown ethers with different cavity sizes in the graphane lattice are thermodynamically and kinetically stable. Compared with the corresponding crown ether molecules, the binding strength for alkali metal cations can be increased by up to ∼14 times, which may provide a good means in the field of alkali metal cation separation. Meanwhile, the electronic properties of graphane could be tuned in a range of 4.43–5.85 eV by controlling the densities of the crown ethers. These crown ether graphanes are also good candidates for the photolysis of water. Therefore, considering the easy synthesis and tunable crystal structures of graphane, we expect that our findings will trigger a new wave of research and applications of both crown ethers and graphane.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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