Вирішення проблеми каталогізації ізомерів для нанопор у двовимірних матеріалах Природа

Предмети

Анотація

Наявність розширених дефектів або нанопор у двовимірних (2D) матеріалах може змінити електронні, магнітні та бар'єрні мембранні властивості матеріалів. Однак велика кількість можливих гратчастих ізомерів нанопор робить їх кількісне вивчення на перший погляд нерозв'язною проблемою, збиваючи з толку інтерпретацію експериментальних та модельованих даних. Тут ми формулюємо рішення цієї проблеми каталогізації ізомерів (ICP), поєднуючи розрахунки електронної структури, кінетичні моделювання Монте-Карло та хімічну теорію графів, щоб сформувати каталог унікальних, найбільш вірогідних ізомерів 2D-решітчатих нанопор. Результати демонструють неабияке узгодження з точними формами нанопор, що спостерігаються експериментально в графені, і показують, що термодинамічна стабільність нанопори відрізняється від її кінетичної стабільності. Також передбачаються трикутні нанопори, поширені в гексагональному нітриді бору, поширюючи цей підхід на інші 2D-решітки. Запропонований метод повинен прискорити застосування нанопористих 2D матеріалів шляхом встановлення конкретних зв'язків між експериментом та теорією/моделюванням, а також шляхом забезпечення вкрай необхідного зв'язку між молекулярною конструкцією та виготовленням.

Параметри доступу

Підпишіться на журнал

Отримайте повний доступ до журналу протягом 1 року

лише 4,60 € за випуск

Усі ціни вказані у нетто-цінах.
ПДВ буде додано пізніше під час оплати.

Оренда або купівля статті

Отримайте обмежений за часом або повний доступ до статей на ReadCube.

Усі ціни вказані у нетто-цінах.

каталогізації

Наявність даних

Набори даних, створені під час та/або проаналізовані під час поточного дослідження, включаючи файли XYZ MPI, доступні в Інтернеті за адресою https://github.com/srgmit/nanopore_isomers, у каталозі ‘каталог’.

Список літератури

Юань, В., Чень, Дж. І Ши, Г. Нанопористі графенові матеріали. Матер. Сьогодні 17, 77–85 (2014).

Childres, I., Jauregui, L. A., Tian, ​​J. & Chen, Y. P. Вплив травлення кисневою плазмою на графен, вивчений за допомогою спектроскопії КРС та електронних транспортних вимірювань. Новий J. Phys. 13, 025008 (2011).

Rao, C. N. R. & Sood, A. K. in Графен: синтез, властивості та явища (за ред. Енокі, Т.) 131–157 (Wiley, 2012).

Чжу, Ю. та ін. Суперконденсатори на вуглецевій основі, що утворюються в результаті активації графену. Наука 332, 1537–1541 (2011).

Сурвейд, С. П. та ін. Для опріснення води використовують нанопористий одношаровий графен. Нат. Нанотех. 10, 459–464 (2015).

Накада, К., Фуджіта, М., Дрессельхаус, Г. і Дрессельхаус, М. С. Крайовий стан у графенових стрічках: ефект розміру нанометра та залежність форми краю. Фіз. Преподобний Б 54, 17954–17961 (1996).

Кастро Нето, А. Х., Гвінея, Ф., Перес, Н. М. Р., Новоселов, К. С. і Гейм, А. К. Електронні властивості графена. Мод. Фіз. 81, 109–162 (2009).

O’Hern, S. C. та співавт. Селективний молекулярний транспорт через внутрішні дефекти в одному шарі CVD графену. ACS Nano 6, 10130–10138 (2012).

Ванг, Л. та ін. Молекулярні клапани для управління транспортуванням газової фази, виготовлені з дискретних пор розміром ångström у графені. Нат. Нанотех. 10, 785–790 (2015).

O’Hern, S. C. та співавт. Селективний іонний транспорт через регульовані поднонанометричні пори в одношарових графенових мембранах. Нано. Lett. 14, 1234–1241 (2014).

Брентон, Д. та ін. Потенціал та проблеми послідовності нанопор. Нат. Біотехнол. 26, 1146–1153 (2008).

Каплан, А. та ін. Сучасні та майбутні напрями в хімії переносу електронів графену. Хім. Соц. Преподобний. 46, 4530–4571 (2017).

Константинова, Є. В. та Відюк, М. В. Дискримінаційні тести інформації та топологічних показників. Тварини та дерева. J. Chem. Інф. Обчислення. Наук. 43, 1860–1871 (2003).

Aleksandrowicz, G. & Barequet, G. Counting d-розмірні полікуби та непрямокутні плоскі поліоміно. Міжнародний J. Comput. Geom. Заяв. 19, 215–229 (2009).

Юань, З. та ін. Механізм та прогнозування проникнення газу через субнанометрові пори графена: порівняння теорії та моделювання. ACS Nano 11, 7974–7987 (2017).

Sint, K., Wang, B. & Král, P. Селективне проходження іонів через функціоналізовані нанопори графена. J. Am. Хім. Соц. 130, 16448–16449 (2008).

Сірія, А. та співавт. Гігантське осмотичне перетворення енергії, виміряне в одній трансмембранній нанотрубці з нітридом бору. Природа 494, 455–458 (2013).

Feng, J. та співавт. Одношарові нанопори MoS2 як генератори наноенергії. Природа 536, 197–200 (2016).

Cui, X. Y. та ін. Магічні числа наноотворів у графені: регульований магнетизм та напівпровідність. Фіз. Преподобний Б 84, 125410 (2011).

Carlsson, J. M. & Scheffler, M. Структурні, електронні та хімічні властивості нанопористого вуглецю. Фіз. Преподобний Летт. 96, 046806 (2006).

Коен-Танугі, Д. та Гроссман, Дж. С. Знесолення води через нанопористий графен. Нано. Lett. 12, 3602–3608 (2012).

Sun, C. et al. Механізми молекулярного проникнення через нанопористі мембрани графена. Ленгмюр 30, 675–682 (2014).

Драгушук, Л. В. і Страно, М. С. Механізми газопроникнення через одношарові графенові мембрани. Ленгмюр 28, 16671–16678 (2012).

Робертсон, А. В. та співавт. Атомна структура пір-субнанометрів графена. ACS Nano 9, 11599–11607 (2015).

Фам, Т. та ін. Формування та динаміка дефектів, спричинених електронним опроміненням, у гексагональному нітриді бору при підвищених температурах. Нано. Lett. 16, 7142–7147 (2016).

Гірит, К. О. та ін. Графен на краю: стабільність та динаміка. Наука 323, 1705–1708 (2009).

Руссо, К. Дж. Та Головченко, Дж. А. Атомне зародження зародження та ріст нанопор графена. Proc. Natl Акад. Наук. США 109, 5953–5957 (2012).