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Effect of hydrogen termination on carbon $$K$$-edge X-ray absorption spectra of nanographene

ナノグラフェンの炭素K端X線吸収スペクトルへの水素終端の効果

Hou, Z.*; Wang, X.*; 池田 隆司; Huang, S.-F.*; 寺倉 清之*; Boero, M.*; 尾嶋 正治*; 柿本 雅明*; 宮田 清蔵*

Hou, Z.*; Wang, X.*; Ikeda, Takashi; Huang, S.-F.*; Terakura, Kiyoyuki*; Boero, M.*; Oshima, Masaharu*; Kakimoto, Masaaki*; Miyata, Seizo*

水素によるグラフェンエッジの終端に関する情報を得るためにナノグラフェンの炭素K端X線吸収スペクトルを密度汎関数計算によって調べた。われわれの結果は、エッジの終端の仕方によって化学結合状態とエッジに局在した状態が異なってくるために、エッジ近傍の炭素原子の1$$s$$準位の束縛エネルギーが大きく影響を受けることを示している。ジグザググラフェンナノリボンに対する理論スペクトルでは1つの水素と2つの水素によるエッジ終端の比に依存して$$pi^{ast}$$ピークと相対的に異なる位置にショルダーが現れることがわかった。さらに、実験で観測されている$$pi^{ast}$$ピークと$$sigma^{ast}$$ピークの間の構造はエッジでのC-HとC-H$$_{2}$$結合の$$sigma^{ast}$$状態に由来することがわかった。

Carbon ${it K}$-edge X-ray absorption spectra of nanographene have been simulated by density functional theory calculations in order to obtain the information on the edge termination by hydrogen. Our results show that different edge terminations significantly affect the binding energy of 1s core-level of C atoms in the vicinity of edges because of the change in chemical bonding and the localized edge states. We find that a shoulder or a peak appears below the $$pi^{ast}$$ peak at relatively different positions with respect to the $$pi^{ast}$$ peak position in the theoretical spectra of zigzag graphene nano-ribbons, depending on the ratio of mono-hydrogen- to di-hydrogen-terminations. We also point out that the two additional features observed between the $$pi^{ast}$$ and $$sigma^{ast}$$ peaks of an ideal graphene originate from the $$sigma^{ast}$$ states of C-H bonding and C-H$$_{2}$$ bonding at the edges.

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パーセンタイル:74.9

分野:Chemistry, Physical

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