Revealing the interactions between pentagon–octagon–pentagon defect graphene and organic donor/acceptor molecules: a theoretical study

密度泛函理论 石墨烯 分子 四硫富瓦烯 化学 接受者 纳米技术 太赫兹辐射 化学物理 计算化学 分子物理学 材料科学 凝聚态物理 光电子学 有机化学 物理
作者
Jiewei Li,Yuyu Liu,Linghai Xie,Jingzhi Shang,Yan Qian,Mingdong Yi,Ting Yu,Wei Huang
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:17 (7): 4919-4925 被引量:22
标识
DOI:10.1039/c4cp04900d
摘要

Defect engineering and the non-covalent interaction strategy allow for dramatically tuning the optoelectronic features of graphene. Herein, we theoretically investigated the intrinsic mechanism of non-covalent interactions between pentagon-octagon-pentagon (5-8-5) defect graphene (DG) and absorbed molecules, tetrathiafulvalene (TTF), perfluoronaphthalene (FNa), tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (F4TCNQ), through geometry, distance, interaction energy, Mulliken charge distribution, terahertz frequency vibration, visualization of the interactions, charge density difference, electronic transition behaviour, band structure and density of state. All the calculations were performed using density functional theory including a dispersion correction (DFT-D). The calculated results indicate that the cyano- (CN) group (electron withdraw group) in TCNQ and F4TCNQ, rather than the F group, gain the electron from DG effectively and exhibit much stronger interactions via wavefunction overlap with DG, leading to a short non-covalent interaction distance, a large interaction energy and a red-shift of out-of-plane terahertz frequency vibration, changing the bands near the Fermi level and enhancing the infrared (IR) light absorption significantly. The enhancement of such IR absorbance offering a broader absorption (from 300 to 1200 nm) will benefit light harvesting in potential applications of solar energy conversion.
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