Diazines on graphene: adsorption, structural variances and electronic states

文献情報

出版日 2022-11-21
DOI 10.1039/D2CP05096J
インパクトファクター 3.676
著者

Oksana I. Grinevich, Victor V. Volkov, Aleksey K. Buryak


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要旨

We conduct quantum studies of adsorption of diazine heterocycles on graphene to discuss experimental thermodynamics of gas-phase adsorption of pyridazine, pyrimidine and pyrazine on graphitized thermal carbon black, as reported previously. Using Born–Oppenheimer molecular dynamics and density functional studies, we characterize structural and electronic tendencies of the heterocycles on graphene. The theoretical studies predict the adsorption of pyridazine, pyrazine and pyrimidine to cause electronic perturbations of dipole, quadrupole and mixed spatial characters, respectively, resulting in a red shift of the electronic components of the heterocycles to modulate graphene electronics upon admixing of diazine orbital components with the πz states of the substrate. Investigating the thermodynamics of adsorption further involves calculating Henry's constant with the expression of the uniform surface limit: using experimental data, we estimate binding energies and force derivatives with respect to the surface normal. The extracted association energies agree with the results of Lennard-Jones potential calculations. Together, the reported pyridazine anomalous retention required the association force constant to be lower compared with values for the other diazines. Exploring energies of intermolecular relations, we ascribe the pyridazine anomalous retention to possibility of the formation of pyridazine dimers: when on the surface, only for pyridazine, the computed benefit of pairing is larger than the energy of molecular association with graphene.

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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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