Theoretical characterization of X-ray absorption, emission, and photoelectron spectra of nitrogen doped along graphene edges

グラフェン端にドープされた窒素のX線吸収,発光及び光電子スペクトルの理論による特性評価

Wang, X.*; Hou, Z.*; 池田 隆司; 尾嶋 正治*; 柿本 雅明*; 寺倉 清之*

Wang, X.*; Hou, Z.*; Ikeda, Takashi; Oshima, Masaharu*; Kakimoto, Masaaki*; Terakura, Kiyoyuki*

第一原理計算によりグラフェン端にドープされた窒素の端X線吸収、発光及び光電子スペクトルを系統的に調べた。本研究ではアームチェア端とジグザグ端でのpyridinum様, pyridine様, cyanide様、及びamine様窒素とアームチェア端のpyrrole様窒素及びグラフェン内部のgraphite様窒素を調べた。われわれの結果は窒素ドープグラフェンにおける窒素の配置とその位置がスペクトル解析によって同定可能であることを示している。さらに、窒素ドープグラファイト類似物質において実験で観測され、論争となっているスペクトルの特徴的な構造についてあいまいさなく同定した。本解析によりXPSとXASでしばしば異なる同定がされる理由が明らかになった。

-edge X-ray absorption (XAS), emission (XES), and photoelectron (XPS) spectra of nitrogen doped along graphene edges are systematically investigated by using first-principles methods. In this study we considered pyridinium-like, pyridine-like, cyanide-like, and aminelike nitrogens at armchair and zigzag edges and pyrrole-like nitrogen at armchair edge as well as graphite-like nitrogen at graphene interior site. Our results indicate that nitrogen configuration and its location (armchair or zigzag edge) in nitrogen-doped graphene can be identified via the spectral analysis. Furthermore, some controversial spectral features observed in experiment for N-doped graphene-like materials are unambiguously assigned. The present analysis gives an explanation to the reason why the peak assignment is usually made differently between XPS and XAS.