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整其有趣的財產仍然是一個挑戰。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節和穩定的插層單元來彌補缺陷，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的物理吸附狀態，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的化學吸附的石墨烯結構。這項工作表明，超原子在膜分離應用中具有重要的前景。
圖1. 石墨烯–Au
20–石墨烯（GAG）系統的結構和能級。（a） 左側顯示了GAG周期系統的結構；右側顯示了不同面密度的結構（4.0×10
-3、2.8×10
-3，2.1×10
-3和1.6×10
-3超原子/Å
2）。它們分別由結構I、II、III和IV標記。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結構的能級和分子軌道（MO）。等值面為0.006。
圖2:GAG系統的相互作用能量分析（E
int）和能量分解分析（EDA）。（GAG結構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結構的狀態密度（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；藍線：Au
20超原子碎片的PDOS）。垂直線是相應結構的HOMO和LUMO。等值面為0.004。
相關研究成果由香港城市大學Rui-Qin Zhang和吉林大學Yan Xue、Zhigang Wang等人2023年發表在The Journal of Physical Chemistry C (https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.2c08437)上。原文：Modulation of Graphene Interlayer Spacing by Superatoms。
轉自《石墨烯研究》公眾號
