S型、Ni型和Ru型掺杂石墨烯上葡萄糖的精准检测：基于第一性原理与分子动力学结合的研究

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Accurate detection of glucose on S-, Ni-, and Ru-doped graphene: A combined Ab-Initio and molecular dynamics study

　　

Saja Hameed Kareem|Hasan Ali Dhahi|Victor Manuel Garcia Suárez

摘要

本研究通过密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟，研究了葡萄糖在纯石墨烯纳米片及经有序掺杂的石墨烯纳米片上的吸附行为。研究将S、Ni和Ru原子作为杂质引入石墨烯的电子结构和吸附特性中。通过计算能隙、态密度（DOS）、HOMO-LUMO能级以及费米能级，分析了所研究体系的电子行为。实验得到的吸附能表明，葡萄糖在纯石墨烯体系及掺杂石墨烯体系上均能稳定吸附。研究表明，掺杂会显著影响葡萄糖分子在石墨烯上的电子响应及吸附行为。掺镍的石墨烯在葡萄糖吸附后表现出显著的电子响应，且其吸附-解吸行为更为平衡。分子动力学模拟也证实了在模拟过程中这些吸附体系的热稳定性和结构稳定性。研究结果表明，尤其是掺镍的石墨烯，有望成为用于葡萄糖检测应用的良好材料。