NMR chemical shifts of N-bearing graphene

N含有グラフェンのNMR化学シフト

Wang, X.*; Hou, Z.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*

Wang, X.*; Hou, Z.*; Ikeda, Takashi; Terakura, Kiyoyuki*

グラフェンの端と欠陥での可能な窒素含有部のNMR化学シフトを第一原理計算により調べた。我々の計算結果はピリジン様窒素とグラファイト様窒素がN NMRにより容易に同定できることを示しており、これは実験と一致している。一方、ピリジニウム様窒素とピロール様窒素を識別することはこれらのN核のNMRシグナルが重なるために困難である。しかしながら、我々はシミュレーションからH NMRがこれらを区別するのに有用であることを示した。すなわちピリジニウム様窒素とピロール様窒素に直接結合しているHのNMR化学シフトは0.8と10.8ppmと見積もられた。我々が考慮した様々な端部のN NMRシグナルはピリジン様窒素を除き欠陥でのものとほぼ同じであった。一方、アームチェアー端と欠陥サイトでのピリジン様窒素はその凝集の程度により敏感にN NMRの化学シフトが変化することがわかった。

The NMR chemical shifts of possible N-containing moieties at edges and defects of graphene are investigated by using the first-principles method. Our computations show that pyridine-like and graphite-like N are rather easily identifiable using N NMR technique, in agreement with experiment. On the other hand, pyridinium-like N is hardly distinguished from pyrrole-like one because these N nuclei give nearly overlapping signals. However, our simulations suggest that H NMR is useful to discriminate between them; The NMR chemical shift of H directly bonded with pyridinium-like and pyrrole-like N is estimated as 0.8 and 10.8 ppm, respectively. The N NMR signals for various moieties at edges we considered are found to be similar to the corresponding ones at defects except for pyridine-like nitrogens. Conversely, the N NMR chemical shifts are altered sensitively by the degree of aggregation of pyridine-like N atoms both along armchair edges and at defect sites.