Interplay between nitrogen dopants and native point defects in graphene

掺杂剂 石墨烯 材料科学 晶体缺陷 兴奋剂 化学物理 空位缺陷 吸热过程 放热反应 纳米技术 计算化学 结晶学 吸附 光电子学 物理化学 化学 有机化学
作者
Zhufeng Hou,Xianlong Wang,Takashi Ikeda,Kiyoyuki Terakura,Masaharu Oshima,Masa‐aki Kakimoto,Seizo Miyata
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:85 (16) 被引量:160
标识
DOI:10.1103/physrevb.85.165439
摘要

To understand the interaction between nitrogen dopants and native point\ndefects in graphene, we have studied the energetic stability of N-doped\ngraphene with vacancies and Stone-Wales (SW) defect by performing the density\nfunctional theory calculations. Our results show that N substitution\nenergetically prefers to occur at the carbon atoms near the defects, especially\nfor those sites with larger bond shortening, indicating that the defect-induced\nstrain plays an important role in the stability of N dopants in defective\ngraphene. In the presence of monovacancy, the most stable position for N dopant\nis the pyridinelike configuration, while for other point defects studied (SW\ndefect and divacancies) N prefers a site in the pentagonal ring. The effect of\nnative point defects on N dopants is quite strong: While the N doping is\nendothermic in defect-free graphene, it becomes exothermic for defective\ngraphene. Our results imply that the native point defect and N dopant attract\neach other, i.e., cooperative effect, which means that substitutional N dopants\nwould increase the probability of point defect generation and vice versa. Our\nfindings are supported by recent experimental studies on the N doping of\ngraphene. Furthermore we point out possibilities of aggregation of multiple N\ndopants near native point defects. Finally we make brief comments on the effect\nof Fe adsorption on the stability of N dopant aggregation.\n
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