ОБРАТИМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРАЕВЫХ π-ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ГРАФЕНОВЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АДСОРБИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛ ХЛОРА

  • Albert M. Ziatdinov Институт химии Дальневосточного отделения РАН
  • Nikita S. Saenko Институт химии Дальневосточного отделения РАН
  • Peter G Skrylnik Институт химии Дальневосточного отделения РАН
DOI: https://doi.org/10.6060/tcct.20165909.9y
Ключевые слова: нанографит, краевые π-электронные состояния, адсорбция, химическая активность, соединения нанографита, хлор

Аннотация

Обнаружено обратимое уменьшение плотности состояний носителей тока D(EF) на уровне Ферми EF нанографитов – структурных блоков активированных углеродных волокон, при их взаимодействии с адсорбированными молекулами хлора. Показано, что указанный эффект можно объяснить спиновым расщеплением краевых π-электронных состояний нанографитов, вызванным усилением электрон-электронных взаимодействий вследствие увеличения D(EF) при переносе части электронной плотности от адсорбента к адсорбату. Необратимое уменьшение концентрации локализованных спинов при хлорировании нанографитов указывает на происходящее при этом спаривание спинов электронов ненасыщенных (висячих) σ-орбиталей краевых атомов нанографитов и электронов 3p-орбиталей хлора, что свидетельствует о формировании краевого ковалентного соединения нанографита с хлором.

Литература

Natelson D. Nanostructures and Nanotechnology. Cambridge (United Kingdom): Cambridge University Press. 2015. 639 p.

Krueger A. Carbon materials and nanotechnology. Weinheim: Wiley-VCH. 2010. 476 p. DOI: 10.1002/9783527629602.

Enoki T., Ando T. Physics and chemistry of graphene: graphene to nanographene. Singapore: Pan Stanford Publishing Pte Ltd. 2013. 476 p.

Fauster T., Himpsel F.J., Fischer J.E., Plummer E.W. Phys. Rev. Lett. 1983. V. 51. N 5. P. 430–433. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.51.430.

Posternak M., Baldereschi A., Freeman A.J., Wimmer E. Phys. Rev. Lett. 1984. V. 52. P. 863-866. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.52.863.

Ziatdinov A.M., Mishchenko N.M., Nikolenko Yu.M. Synth. Met. 1993. V. 59. N 2. P. 253-258. DOI: 10.1016/ 0379-6779(93)91034-Y.

Ziatdinov A.M., Nikolenko Yu.M. Phys. Sol. State. 1993. V. 35. N 8. P. 1121-1124.

Fujita M., Wakabayashi K., Nakada K., Kusakabe K. J. Phys. Soc. Jpn. 1996. V. 65. P. 1920-1923. DOI: 10.1143/ JPSJ.65.1920.

Nakada K., Fujita M., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S. Phys. Rev. В. 1996. V. 54. N 24. P. 17954-17961. DOI: 10.1103/PhysRevB.54.17954.

Wakabayashi K., Fujita M., Ajiki H., Sigrist M. Phys. Rev. B. 1999. V. 59. N 12. P. 8271-8282. DOI: 10.1103/ PhysRevB.59.8271.

Ziatdinov A.M. Ross. Khim. Zhurn. 2004. V. 48. N 5. P. 5-11 (in Russian).

Niimi Y., Matsui T., Kambara H., Tagami K., Tsukada M., Fukuyama H. Appl. Surf. Sci. 2005. V. 241. N 1-2. P. 43-48. DOI: 10.1016/j.apsusc.2004.09.091.

Kobayashi Y., Fukui K., Enoki T., Kusakabe K. Phys. Rev. B. 2005. V. 71. N 193406 (4 p). DOI: 10.1103/ PhysRevB.71.193406.

Klusek Z., Kozlowski W., Waqar Z., Datta S., Burnell-Gray J.S., Makarenko I.V., Gall N.R., Rutkov E.V., Tontegode A.Ya., Titkov A.N. Appl. Surf. Sci. 2005. V. 252. N 5. P. 1221-1227. DOI: 10.1016/j.apsusc.2005.02.083.

Takai K., Kumagai H., Sato H., Enoki T. Phys. Rev. B. 2006. V. 73. N 035435 (13 p). DOI: 10.1103/PhysRevB. 73.035435.

Shimomura Y., Takane Y., Wakabayashi K. J. Phys. Soc. Jpn. 2011. V. 80. N 054710 (9 p). DOI: 10.1143/JPSJ.80. 054710.

Ziatdinov M., Fujii S., Kusakabe K., Kiguchi M., Mori T., Enoki T. Phys. Rev. B. 2013. V. 87. N 115427 (7 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.87.115427.

Ohtsuka M., Fujii S., Kiguchi M., Enoki T. ACS Nano. 2013. V. 7. N 8. P. 6868-6874. DOI: 10.1021/nn402047a.

Zhan X., Yazyev O. V., Feng J., Xie L., Tao C., Chen Y.-C., Jiao L., Pedramrazi Z., Zettl A., Louie S.G., Dai H., Crommie M.F. ACS Nano. 2013. V. 7. N 1. P. 198-202. DOI: 10.1021/nn303730v.

Talirz L., Sode H., Cai J., Ruffiex P., Blankenburg S., Jafaar R., Berger R., Feng X., Mullen K., Passerone D., Fasel R., Pignedoli C.A. J. Am. Chem. Soc. 2013. V. 135. N 6. P. 2060-2063. DOI: 10.1021/ja311099k.

Fujii S., Ziatdinov M., Ohtsuka M., Kusakabe K., Kiguchi M., Enoki T. Faraday Discuss. 2014. V. 173. P. 173-199. DOI: 10.1039/c4fd00073k

Ziatdinov M., Fujii S., Ohtsuka M., Kusakabe K., Kiguchi M., Mori T., Enoki T. Phys. Rev. B. 2014. V. 89. P. 155405 (15 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.89.155405.

Ziatdinov A.M. Izv. AN. Ser. Khim. 2015. V. 64. N 1. P. 1-14. DOI: 10.1007/s11172-015-0812-y (in Russian).

Ziatdinov A.M. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2015. V. 58. N 5. P. 3-9 (in Russian).

Son Y.-W., Cohen M.L., Louie S.G. Nature. 2006. V. 444. P. 347-349. DOI: 10.1038/nature05180.

Yazyev O.V., Katsnelson M.I. Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. N 047209 (4 p). DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.047209.

Sasaki K., Jiang J., Saito R., Onari S., Tanaka Y. J. Phys. Soc. Jpn. 2007. V. 76. N 033702 (4 p). DOI: 10.1143/JPSJ. 76.033702.

Kiguchi M., Takai K., Joly V.L.J., Enoki T., Sumii R., Amemiya K. Phys. Rev. B. 2011. V. 84. N 045421(6 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.84.045421.

Nikolenko Yu.M., Ziatdinov A.M. Russ. J. Inorg. Chem. 2012. V. 57. N 11. P. 1436-1442. DOI: 10.1134/S0036023612110101.

Bellunato A., Tash H.A., Cesa Y., Schneider G.F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 17. N 6. P. 785-801. DOI: 10.1002/cphc.201500926.

Ziatdinov A.M., Nikolenko Yu.M. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol 2011. V. 54. N 9. P. 32-37 (in Russian).

Cherkasov F.G., Ovchinnikov I.V., Turanov A.N., L'vov S.G., Goncharov V.A. Low Temperature Physics. 1997. V. 23. N 2. P. 174. DOI: 10.1063/1.593350.

Shanina B.D., Danishevski A.M., Veynger A.I., Kurdyu-kov D.A., Gordeev S.K. Phys. Sol. State. 2009. V. 51. N 3. P. 632-640.

Sovestnov A.E., Naberezhnov A.A., Kumzerov Yu.A., Sysoeva A.A., Ganzha V.A., Egorov A.I. Phys. Sol. State. 2013. V. 55. N 4. P. 837-842.

Svergun D.I. J. Appl. Crystallogr. 1992. V. 25. N 2. P. 495-503. DOI: 10.1107/S0021889892001663.

Andersson O.E., Prasad B.L.V., Sato H., Enoki T., Hishiyama Y., Kaburagi Y., Yoshikawa M., Bandow S. Phys. Rev. B. 1998. V. 58. P. 16387-16395. DOI: 10.1103/ PhysRevB.58.16387.

Weil J., Bolton J.R. Electron paramagnetic resonance: Ele-mentary theory and practical applications. New Jersey: Wiley-Interscience. 2007. 664 p.

Ziatdinov A.M. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 9. P. 26-32 (in Russian).

Kodera H. J. Phys. Soc. Jpn. 1970. V. 28. P. 89-98. DOI: 10.1143/JPSJ.28.89.

Warren B.E. Phys. Rev. 1941. V. 59. N 9. P. 693-698. DOI: 10.1103/PhysRev.59.693.

Fujimoto H. Carbon. 2003. V. 41. N 8. P. 1585-1592. DOI: 10.1016/S0008-6223(03)00116-7.

Tuinstra F., Koenig J.L. J. Chem. Phys. 1970. V. 53. N 3. P. 1126-1130. DOI: 10.1063/1.1674108.

Ferrari A.C., Robertson J. Phys. Rev B. 2000. V. 61. N 20. P. 14095-14107. DOI: 10.1103/PhysRevB.61.14095.

Pimenta M.A., Dresselhaus G., Dresselhaus M.S., Cancado L.G., Jorio A., Saito R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007. V. 9. N 11. P. 1276-1290. DOI: 10.1039/B613962K.

Ferrari A.C. Solid State Commun. 2007. V. 143. N 1-2.

P. 47-57. DOI: 10.1016/j.ssc.2007.03.052.

Adamopoulos G., Gilkes K.W.R., Robertson J., Conway N.M.J., Kleinsorge B.Y., Buckley A., Batchelder D.N. Diam. Relat. Mater. 1999. V. 8. N 2-5. P. 541-544. DOI: 10.1016/S0925-9635(98)00430-0.

Cancado L.J., Takai K., Enoki T., Endo M., Kim Y. A., Mizusaki H., Jorio A., Coelho L.N., Magalhaes-Paniago R., Pimenta M.A. Appl. Phys. Lett. 2006. V. 88. N 163106 (7 p). DOI: 10.1063/1.2196057.

Lenski D.R., Fuhrer M.S. J. Appl. Phys. 2011. V. 110. N 013720 (8 p). DOI: 10.1063/1.3605545.

Abello L., Rosman N., Genet F., Lucazeau G. J. Phys. IV. 1991. V. 1. N 7. P. 497-500. DOI: 10.1051/jp4:19917131.

Ziatdinov A.M., Mishchenko N.M. Solid State Commun. 1996. V. 97. N 12. P. 1085 -1089. DOI: 10.1016/0038-1098(95)00702-4.

Tian J., Cao H., Wu W., Yu Q., Chen Y.P. Nano Lett. 2011. V. 11. N 9. P. 3663-3668. DOI: 10.1021/nl201590f.

Yamamoto M., Obata S., Saiki K. Surf. Interface Anal. 2010. V. 42. N 10-11. P. 1637-1641. DOI: 10.1002/sia.3583.

Sabramanian D., Libisch F., Li Y., Pauly C., Geringer V., Reiter R., Mashoff T., Liebmann M., Burgdorfer J., Busse C., Michely T., Mazzarello R., Pratzer M., Morgen-stern M. Phys. Rev. Lett. 2012. V. 108. N 046801 (5 p). DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.046801.

Hamalainen S. K., Sun Z., Boneschanscher M. P., Uppstu A., Ijas M., Harju A., Vanmaekelbergh D., Liljeroth P. Phys. Rev. Lett. 2011. V. 107. N 236803 (5 p). DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.236803.

Girit G.O., Meyer J.C., Erni R., Rossell M.D., Kisielovski C., Yang L., Park C-H., Crommie M.F., Cohen M.L., Louie S.G., Zettl A. Science. 2009. V. 323. N 5922. P. 1705-1708. DOI: 10.1126/science.1166999.

Pan M., Girao E.C., Jia X., Bhaviripudi S., Li Q., Kong J., Meunier V., Dresselhaus M.S. Nano Lett. 2012. V. 12. N 4. P. 1928-1933. DOI: 10.1021/nl204392s.

Maksimov P.A., Rozhkov A.V., Sboychakov A.O. Phys. Rev. B. 2013. V. 88. N 245421 (10 p). DOI: 10.1103/ PhysRevB.88.245421.

Tan Y.-Z., Yang B., Parvez K., Narita A., Osella S., Beljonne D., Feng X., MuЁllen K. Nature Commun. 2013. V. 4. N 2646 (7 p). DOI: 10.1038/ncomms3646.

Rudenko A.N., Keil F.J., Katsnelson M.I., Lichtenstein A.I. Phys. Rev. B. 2010. V. 82. N 035427 (7 p). DOI: 10.1103/PhysRevB.82.035427.

Liu X.-Y., Zhang J.-M., Xu K.-W. Physica B. 2014.

V. 436. N 3. P. 54-58. DOI: 10.1016/j.physb.2013.11.042.

Vineet Dua Dr., Surwade S.P., Ammu S., Agnihotra S.R., Jain S., Roberts K.E., Park S., Ruoff R.S., Manohar S.K. Angew. Chem. 2010. V. 49. N 12. P. 2154-2157. DOI: 10.1002/anie.200905089.

Wu J. J. Am. Chem. Soc. 2011. V. 133. N 49. P. 19668–19671. DOI: 10.1021/ja2091068.

Huang B., Li Z., Liu Z., Zhou G., Hao S., Wu J., Gu B.L., Duan W. J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. P. 13442-13446. DOI: 10.1021/jp8021024.

Опубликован
2018-07-17
Как цитировать
Ziatdinov, A. M., Saenko, N. S., & Skrylnik, P. G. (2018). ОБРАТИМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КРАЕВЫХ π-ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ МУЛЬТИСЛОЙНЫХ ГРАФЕНОВЫХ НАНОКЛАСТЕРОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АДСОРБИРОВАННЫХ МОЛЕКУЛ ХЛОРА. ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 59(9), 4-15. https://doi.org/10.6060/tcct.20165909.9y
Выпуск
Том 59 № 9 (2016)
Раздел
Обзорные статьи