石墨烯改性中的DFT计算案例

石墨烯作为二维材料的杰出代表，其独特的电子结构与力学性能使其在能源、催化和复合材料领域展现出巨大潜力。然而，石墨烯改性涉及复杂的界面相互作用、电子态调控及结构优化，传统实验方法难以在原子尺度揭示机理。

密度泛函理论（DFT）计算通过精确求解多体薛定谔方程，可预测吸附能、能带结构及电荷转移等关键参数，成为解析石墨烯改性机制的核心工具。

例如，在吸附原子筛选中，DFT可量化金属原子与石墨烯基底间的结合强度，指导单原子催化剂设计；通过应变工程分析，DFT能揭示双轴拉伸对石墨烯氢化能垒的影响机制，为可控功能化提供理论依据。以下介绍一些石墨烯改性的DFT计算案例。

一、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯吸附亚甲蓝分子

亚甲蓝（MB） 是一种广泛使用的工业染料，但是一种剧毒的富物，对环境造成重大污染，而经过物理化学改性之后合成的氧化石墨烯和还原氧化石墨烯可以很好的吸附亚甲蓝分子。

二、轻非金属掺杂石墨烯

轻非金属掺杂是调控石墨烯的重要手段，不同的掺杂元素和掺杂水平可以显著影响石墨烯的电子结构和应用性能。

1、B原子掺杂石墨烯

2、Be和B混合掺杂石墨烯

3、O掺杂石墨烯的带隙计算

4、掺F石墨烯

三、过渡金属掺杂石墨烯

Pt-Cu 共掺杂石墨烯表面对氢吸附的反应性相较于原始石墨烯大大增强，可用于氢气检测传感器。

四、Li掺杂石墨烯的轨道能级计算

锂与石墨烯两者的相互作用在二次充电电池领域非常重要，Li掺杂石墨烯电池容量将大大增加。

五、掺铝石墨烯

卤代甲烷化合物是无色、有香味、致密的液体；暴露于卤代甲烷化合物的气氛中会出现注意力不集中、昏厥、虚弱、疾病、头痛和感觉缺失等症状。因此，监测和控制它们在工业和实验室环境中的暴露情况至关重要。而掺铝石墨烯可以很好的吸附卤代甲烷化合物。

六、石墨烯掺杂N和Mg原子

石墨烯中的N 和 Mg 原子共掺杂，在石墨烯的电子结构中引入了半金属特性，引入了铁磁性行为以及石墨烯光学特性。