Theoretical study of density functional of confined CO oxidation reaction between bilayer graphene

Abstract

利用密度泛函理论,研究了双层石墨烯层间一氧化碳(CO)与氧(O)的氧化反应,获得了双层石墨烯层间距与反应能垒的定量关系.计算结果表明反应初态、过渡态、末态体系总能以及反应能垒对层间距离变化敏感:随着层间距的逐渐缩小,反应能垒逐渐增加.因此,改变双层石墨烯层间间距可以实现反应能垒的原子级调控.通过差分电荷密度分析体系的电子结构,发现当双层石墨烯层间距较小时,过渡态O&mdash;C=O中碳原子与石墨烯上下层中的碳原子之间有明显的电荷堆积,出现sp轨道杂化,导致二者相互作用增强,在z轴方向受到束缚力,难以与吸附在石墨烯表面的氧原子形成较弱的O&mdash;C键,阻碍了过渡态O&mdash;C=O的形成.通过调控双层石墨烯间距,可以降低一氧化碳氧化反应能垒.该研究为石墨烯的应用,以及新型碳基插层复合材料的制备提供一定的理论支撑.</p