Abordarea problemei de catalogare a izomerilor pentru nanopori în materiale bidimensionale Natura
Subiecte
Abstract
Prezența unor defecte extinse sau nanopori în materialele bidimensionale (2D) poate schimba proprietățile electronice, magnetice și ale membranei de barieră ale materialelor. Cu toate acestea, numărul mare de izomeri de rețea posibili ai nanoporilor face din studiul lor cantitativ o problemă aparent de nerezolvat, confundând interpretarea datelor experimentale și simulate. Aici formulăm o soluție la această problemă de catalogare a izomerilor (ICP), combinând calcule de structură electronică, simulări cinetice Monte Carlo și teoria graficelor chimice, pentru a genera un catalog de izomeri unici, cei mai probabili ai nanoporilor de rețea 2D. Rezultatele demonstrează un acord remarcabil cu forme precise de nanopori observate experimental în grafen și arată că stabilitatea termodinamică a unui nanopor este distinctă de stabilitatea sa cinetică. Nanoporii triunghiulari prevalenți în nitrura de bor hexagonală sunt, de asemenea, preziși, extinzând această abordare la alte rețele 2D. Metoda propusă ar trebui să accelereze aplicarea materialelor 2D nanopore prin stabilirea unor legături specifice între experiment și teorie/simulări și prin furnizarea unei conexiuni atât de necesare între proiectarea moleculară și fabricare.
Opțiuni de acces
Abonați-vă la Jurnal
Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an
doar 4,60 EUR pe număr
Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.
Închiriați sau cumpărați articol
Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.
Toate prețurile sunt prețuri NET.
Disponibilitatea datelor
Seturile de date generate în timpul și/sau analizate în timpul studiului curent, inclusiv fișierele XYZ ale MPI-urilor, sunt disponibile online la https://github.com/srgmit/nanopore_isomers, în directorul „catalog”.
Referințe
Yuan, W., Chen, J. & Shi, G. Materiale grafene nanopore. Mater. Astăzi 17, 77-85 (2014).
Childres, I., Jauregui, L. A., Tian, J. & Chen, Y. P. Efectul gravării cu plasmă a oxigenului asupra grafenului studiat utilizând spectroscopia Raman și măsurători de transport electronic. Nou J. Phys. 13, 025008 (2011).
Rao, C. N. R. & Sood, A. K. și Grafen: sinteză, proprietăți și fenomene (ed. Enoki, T.) 131–157 (Wiley, 2012).
Zhu, Y. și colab. Supercondensatoare pe bază de carbon produse prin activarea grafenului. Ştiinţă 332, 1537–1541 (2011).
Surwade, S. P. și colab. Desalinizarea apei cu grafen nanoporos monostrat. Nat. Nanotehnologia. 10, 459–464 (2015).
Nakada, K., Fujita, M., Dresselhaus, G. & Dresselhaus, M. S. Starea muchiilor în panglici grafene: efect de dimensiune nanometrică și dependență de forma muchiei. Fizic. Rev. B 54, 17954–17961 (1996).
Castro Neto, A. H., Guineea, F., Perez, N. M. R., Novoselov, K. S. și Geim, A. K. Proprietățile electronice ale grafenului. Rev. Mod. Fizic. 81, 109–162 (2009).
O’Hern, S. C. și colab. Transport molecular selectiv prin defecte intrinseci într-un singur strat de grafen CVD. ACS Nano 6, 10130-10138 (2012).
Wang, L. și colab. Supape moleculare pentru controlul transportului fazei gazoase realizate din pori discreți de dimensiuni ångström în grafen. Nat. Nanotehnologia. 10, 785–790 (2015).
O’Hern, S. C. și colab. Transport ionic selectiv prin porii de subnanometru reglabili în membranele grafene monostrat. Nano. Lett. 14, 1234–1241 (2014).
Branton, D. și colab. Potențialul și provocările secvențierii nanopore. Nat. Biotehnologie. 26, 1146–1153 (2008).
Kaplan, A. și colab. Direcții actuale și viitoare în chimia transferului de electroni a grafenului. Chem. Soc. Rev.. 46, 4530–4571 (2017).
Konstantinova, EV & Vidyuk, MV Teste discriminante de informații și indici topologici. Animale și copaci. J. Chem. Inf. Calculator. Știință. 43, 1860–1871 (2003).
Aleksandrowicz, G. & Barequet, G. Counting d-policubi dimensionali și poliominoi planuri non-rectangulari. Int. J. Comput. Geom. Aplic. 19, 215–229 (2009).
Yuan, Z. și colab. Mecanismul și predicția permeabilității gazelor prin porii de grafen sub-nanometric: comparația teoriei și simularea. ACS Nano 11, 7974–7987 (2017).
Sint, K., Wang, B. & Král, P. Trecerea selectivă a ionilor prin nanopori de grafen funcționalizați. J. Am. Chem. Soc. 130, 16448–16449 (2008).
Siria, A. și colab. Conversia gigantică a energiei osmotice măsurată într-un singur nanotub de nitrură de bor transmembranar. Natură 494, 455–458 (2013).
Feng, J. și colab. Nanopori MoS2 cu un singur strat ca generatori de nanoputeri. Natură 536, 197-200 (2016).
Cui, X. Y. și colab. Numere magice de nanohole în grafen: magnetism reglabil și semiconductivitate. Fizic. Rev. B 84, 125410 (2011).
Carlsson, J. M. și Scheffler, M. Proprietăți structurale, electronice și chimice ale carbonului nanoporos. Fizic. Rev. Lett. 96, 046806 (2006).
Cohen-Tanugi, D. & Grossman, J. C. Desalinizarea apei în grafenul nanoporos. Nano. Lett. 12, 3602-3608 (2012).
Sun, C. și colab. Mecanisme de permeație moleculară prin membrane nanoporoase de grafen. Langmuir 30, 675-682 (2014).
Drahushuk, L. W. și Strano, M. S. Mecanisme de permeabilitate a gazelor prin membrane cu un singur strat de grafen. Langmuir 28, 16671–16678 (2012).
Robertson, A. W. și colab. Structura atomică a porilor grafanului subnanometric. ACS Nano 9, 11599–11607 (2015).
Pham, T. și colab. Formarea și dinamica defectelor induse de iradierea electronilor în nitrura de bor hexagonală la temperaturi ridicate. Nano. Lett. 16, 7142–7147 (2016).
Girit, C. O. și colab. Grafen la margine: stabilitate și dinamică. Ştiinţă 323, 1705–1708 (2009).
Russo, C. J. și Golovchenko, J. A. Nucleația atom-de-atom și creșterea nanoporilor de grafen. Proc. Natl Acad. Știință. Statele Unite ale Americii 109, 5953–5957 (2012).