鐵原子吸附聯(lián)苯烯單層電子結(jié)構(gòu)的第一性原理*

吳洪芬 馮盼君 張爍 劉大鵬 高淼 閆循旺?

1)(曲阜師范大學物理工程學院,曲阜 273165)

2)(寧波大學物理科學與技術(shù)學院物理系,寧波 315211)

聯(lián)苯烯單層由碳原子的四元、六元和八元環(huán)組成,具有與石墨烯相似的單原子層結(jié)構(gòu).2021 年5 月,Science 首次報道了該材料的實驗合成,引起了科研工作者的極大關注.基于第一性原理的密度泛函方法,研究了鐵原子在聯(lián)苯烯單層的吸附構(gòu)型并分析了其電子結(jié)構(gòu).結(jié)構(gòu)優(yōu)化、吸附能和分子動力學的計算表明,聯(lián)苯烯單層的四元環(huán)空位是鐵原子最穩(wěn)定的吸附位點,吸附能可達1.56 eV.電子態(tài)密度計算表明鐵3d 電子與碳的2p 電子有較強的軌道雜化,同時電荷轉(zhuǎn)移計算顯示鐵原子向近鄰碳原子轉(zhuǎn)移的電荷約為0.73 個電子,說明聯(lián)苯烯單層與吸附的鐵原子之間形成了穩(wěn)定的化學鍵.另外,鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層后體系顯磁性,鐵原子上局域磁矩大小約為 1.81 μB,方向指向面外.因此,本文確認了聯(lián)苯烯單層是比石墨烯更好的鐵原子吸附載體且體系有磁性,這為研究吸附材料的電磁、輸運、催化等特性提供了新的平臺.

1 引言

石墨烯由于其奇特的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)以及在電、磁、熱、力學等方面獨特的物理化學性質(zhì),引起了科研工作者極大的興趣.自2004 年石墨烯被制備以來[1],探索新型的低維材料便一直是凝聚態(tài)物理領域的前沿課題,其中二維的碳材料是該領域科研工作者的重點研究對象之一[2-7].近年來,雖然理論上已經(jīng)預測了20 余種[8-31]碳的二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu),如石墨炔(graphyne)[8,9]、石墨雙炔 (graphdiyne)[10,11]、石墨n 炔(graphenylene)[12,13]、聯(lián)苯烯單層(biphenylene)[14,15]、軸烯(radialenes)[16]等,但遺憾的是,到目前為止,實驗上所合成的二維碳材料非常少,主要有石墨烯[1]、石墨雙炔[11]、γ-石墨炔(γ-graphyne)[32]、tetrakis-DBAs[33]等.

近日Fan 等[2]在實驗上成功制備了石墨烯二維同素異形體—聯(lián)苯烯單層并發(fā)表在Science上,引起相關科研工作者的廣泛關注.該材料最早由Balaban 等[34]于1968 年理論預測得到.聯(lián)苯烯單層有類石墨烯的二維單層結(jié)構(gòu),二者均由碳元素組成,每個原子都是三配位的碳原子,其穩(wěn)定性都來源于sp2雜化軌道的成鍵機制.石墨烯是最典型的二維材料,也是人們研究最廣泛的二維材料,具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),從而具備優(yōu)異的力學、熱學、電學性質(zhì),在能源、傳感器、半導體、生物醫(yī)學等多個領域有廣泛的應用潛力.鑒于聯(lián)苯烯單層與石墨烯的相似性,聯(lián)苯烯自身的研究具有重要的科學意義.另外,石墨烯的化學修飾進一步豐富了石墨烯基材料的功能,如可作為電極材料、儲能材料、催化材料、自旋電子器件材料等.相比之下,聯(lián)苯烯的化學修飾會帶來更多更復雜的物理特性.這是因為聯(lián)苯烯單層由四元環(huán)、六元環(huán)和八元碳環(huán)組成,而石墨烯中只有六元環(huán),故聯(lián)苯烯可以提供更多樣化的化學修飾環(huán)境.因此,聯(lián)苯烯及化學修飾的聯(lián)苯烯材料有什么樣的奇異物性很值得期待,另一方面確定其基本電子結(jié)構(gòu)也是當前的一個緊迫任務.

鐵原子作為一種極具代表性的過渡金屬原子,吸附或嵌入在二維單層中形成復合材料,在自旋電子器件[35]、催化[36]、能源(電池)等諸多領域有著巨大的研究價值和廣泛的應用前景.以石墨烯為代表的二維碳材料吸附過渡金屬原子后常表現(xiàn)出有趣的磁性質(zhì)[37];此外,碳基鐵原子催化劑是氧還原等反應中活性最高的催化劑之一[38],由于極高的原子利用率,明確的活性位點和長期穩(wěn)定性等特點,其具有優(yōu)異的催化性能與巨大的應用前景[39,40].而聯(lián)苯烯單層作為一種新興的二維碳材料,其吸附鐵原子的性質(zhì)尚未被研究.

本文采用基于第一性原理的密度泛函理論方法,研究了鐵原子在聯(lián)苯烯單層的吸附構(gòu)型并分析了吸附前后的電子結(jié)構(gòu).結(jié)果表明,聯(lián)苯烯單層是鐵原子的良好載體.對于鐵原子的吸附,聯(lián)苯烯單層有著比石墨烯更大的吸附能,二者之間存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移和穩(wěn)定的化學鍵.鐵原子的吸附使聯(lián)苯烯單層變?yōu)榇判越饘俨牧?這對小型化自旋電子器件及單原子催化劑等領域的研究具有參考價值.

2 計算方法

本文計算使用基于第一性原理的VASP 軟件包(Viennaab-initosimulation package)[41,42].采用投影綴加平面波方法[43]贗勢來描述離子實與電子的相互作用,交換關聯(lián)泛函采用Perdew-Burke-Ernzerhof 形式[44]的廣義梯度近似(generalized gradient approximation,GGA).采用GGA+U方法和VDW-D3 方法考慮了d 電子態(tài)在位庫侖能修正和范德瓦耳斯作用[45,46].結(jié)構(gòu)優(yōu)化和自洽計算的平面波基組展開的截斷能設置為500 eV,結(jié)構(gòu)優(yōu)化的總能量和力的收斂閾值分別為10—5eV 和0.01 eV/?.進行自洽計算時采用了18×15×1的k點網(wǎng)格,確保k點間隔在倒空間中小于 2π×0.005 ?—1.聯(lián)苯烯單層位于晶胞的xy平面,采用聯(lián)苯烯單層的 3×3×1 超胞構(gòu)建吸附模型,在z方向上取18 ?的真空層以模擬分離的聯(lián)苯烯單層.用從頭算分子動力學(ab-initiomolecular dynamics,AIMD)模擬來檢驗熱穩(wěn)定性.采用粒子數(shù)-體積-溫度(NVT)系綜,溫度保持在1000 K,持續(xù)5 ps,時間步長為1 fs[47].

3 結(jié)果與討論

3.1 吸附模型

如圖1(a)所示,根據(jù)對稱性,石墨烯有3 個可能的原子吸附位點,分別是頂位(T)、空位(H)和橋位(B).結(jié)果表明,鐵原子可以穩(wěn)定吸附于空位(H)上,吸附高度為1.53 ?,鐵-碳鍵長為 2.11 ?,這與已有的結(jié)果相吻合[48],說明本文中計算參數(shù)的選取是合理的;聯(lián)苯烯單層是一種由四元、六元和八元的碳環(huán)組成的單原子層二維材料,圖1(b)的黑色虛線框展示了該材料的最簡原胞.由于對稱性的降低,聯(lián)苯烯單層需要考慮更多的吸附位點,分別是2 個頂位(T1,T2)、3 個空位(H1,H2,H3)和4 個橋位(B1,B2,B3,B4),在圖1(b)中分別由綠、紅、藍點標注.圖1(c)—(h)展示了鐵原子在H1,H2,和H3位點的吸附模型,經(jīng)過完全的結(jié)構(gòu)弛豫計算發(fā)現(xiàn),鐵原子可以穩(wěn)定地吸附在聯(lián)苯烯單層的H1,H2和H3位點.在H3位點吸附時,鐵原子傾向于吸附在八元環(huán)空位的一側(cè),且會導致聯(lián)苯烯單層發(fā)生明顯的晶格畸變.

圖1 (a)石墨烯和(b)聯(lián)苯烯單層及其需考慮的吸附位點;(c),(f);(d),(g);(e),(h)分別是鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四、六和八元環(huán)空位(H 位點)的俯視圖及側(cè)視圖Fig.1.(a)and (b)Graphene and biphenene networks and the adsorption sites of Fe atoms;(c)and (f),(d)and (g),(e)and (h)are top and side views of Fe atoms on the top of 4-,6-,and 8-membered ring (H sites)of biphenene networks,respectively.

3.2 吸附能

為檢查吸附的穩(wěn)定性,首先計算吸附能,計算公式如下:

式中,Etot表示載體吸附原子后的總能量;Eslab表示未作吸附時的原始聯(lián)苯烯單層的能量;EFe表示鐵的自由原子的能量,越大的吸附能,意味著鐵原子在能量上越利于吸附.如表1 所列,計算鐵原子在石墨烯和聯(lián)苯烯單層上的吸附能時發(fā)現(xiàn),對石墨烯而言,鐵原子在其空位(H)的吸附能,明顯大于在頂位(T)和橋位(B)的吸附能,即從能量角度看,石墨烯的空位是鐵原子的最穩(wěn)定吸附位點;對于聯(lián)苯烯單層來說,鐵原子在其四元環(huán)和六元環(huán)空位 (H1,H2和H3)的吸附能明顯較大,H1,H2和H3位點都是鐵原子的穩(wěn)定吸附位點,其中四元環(huán)空位的吸附能最大,是鐵原子的最穩(wěn)定吸附位點;聯(lián)苯烯單層的頂位(T1,T2)和橋位 (B1,B2,B3,B4)的吸附能雖都為正值,但結(jié)構(gòu)優(yōu)化表明這些吸附構(gòu)型并不能穩(wěn)定存在,而且,與H1和H2位點相比,吸附能明顯較小,即從能量角度看鐵原子并不傾向于在這些位點形成穩(wěn)定的吸附.

表1 鐵原子吸附在石墨烯和聯(lián)苯烯單層各位點的吸附能Table 1. Adsorption energy of Fe atom adsorbed on each point of graphene and biphenene.

石墨烯H 位點對鐵原子的吸附能為0.84 eV,由于吸附能較低,在實際應用中石墨烯難以作為鐵原子的載體.鐵原子在聯(lián)苯單層 H1和H2位點的吸附能大小分別為1.56 和1.53 eV,幾乎是鐵原子在石墨烯上吸附能的2 倍.從能量角度看,聯(lián)苯烯單層對鐵原子的吸附比石墨烯更為穩(wěn)定,說明聯(lián)苯烯單層是過渡金屬原子的理想吸附載體,可作為電、磁、熱、催化等功能材料的理想平臺.

3.3 分子動力學

通過第一性原理的AIMD,進一步檢查了聯(lián)苯烯單層空位(H1,H2和H3)吸附鐵原子的熱力學穩(wěn)定性.在1000 K 下,鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層的四元、六元和八元環(huán)后能量隨時間的演化曲線見圖2,其中還給出了對應1000 K 下經(jīng)過5 ps 后的吸附情況的俯視圖和側(cè)視圖.如圖2(a)和圖2(b)所示,當鐵原子吸附于四元環(huán)和六元環(huán)空位時,能量隨時間的變化曲線在一定的區(qū)間內(nèi)波動,且不會出現(xiàn)明顯的能量下降,吸附鐵原子后的聯(lián)苯烯單層的二維結(jié)構(gòu)能在1000 K 下很好地保持,鐵原子能夠穩(wěn)定地保持在四、六元環(huán)的空位(H1,H2位點).如圖2(c)所示,當鐵原子吸附于聯(lián)苯烯八元環(huán)空位時,能量曲線隨時間的變化曲線在一定區(qū)間內(nèi),有著相對較大的起伏,由于八元環(huán)有著較大的空間,在熱擾動下,鐵原子會在八元環(huán)內(nèi)作往復運動,運動過程如圖2(d)中的①,②,③,④和⑤所示.該吸附特點是石墨烯等材料所不具備的.

圖2 (a),(b)和(c)是在1000 K 下,鐵原子分別吸附于聯(lián)苯烯單層的四、六和八元環(huán)后能量隨時間的演化曲線;(d)在1000 K 下,鐵原子在八元環(huán)空位的運動情況Fig.2.(a),(b)and (c)Time evolution curves of the energy of Fe atoms adsorbed on the 4-,6-and 8-membered rings of the biphenene network at 1000 K,respectively;(d)motion of iron atom absorbed on hollow site of 8-membered ring at 1000 K.

3.4 電荷轉(zhuǎn)移

3.4.1 Bader 電荷

利用Bader 電荷分析[49],定量計算了鐵原子與聯(lián)苯烯單層(H1,H2和H3)間的電荷轉(zhuǎn)移情況.當吸附在石墨烯空位時,每個鐵原子失去0.80 e,最近鄰和次近鄰碳原子得電子,每個最近鄰碳原子得電子約為0.10 e.與石墨烯的吸附情況類似,當鐵原子吸附在聯(lián)苯烯單層時,電荷從鐵原子轉(zhuǎn)移至近鄰碳原子上.在四元環(huán)空位吸附時,鐵原子失去0.73 e,每個最近鄰的碳原子得電子為0.14 e,其余電子轉(zhuǎn)移到次近鄰碳原子上;聯(lián)苯烯單層中的六元環(huán)為壓扁的六元環(huán),從鐵原子看,有四個最近鄰和兩個次近鄰碳原子,鐵原子失去0.83 e,每個最近鄰碳原子得0.23 e,另外兩個次近鄰碳原子各失去0.06 e;在八元環(huán)空位時,鐵原子上失去0.69 e,每個最近鄰碳原子得到0.15 e.這些電荷轉(zhuǎn)移說明鐵原子與聯(lián)苯烯單層有著緊密的結(jié)合,與石墨烯情況相比,最近鄰碳原子上獲得的電荷數(shù)增多,所以有著更大的吸附能.

3.4.2 差分電荷密度分析

通過差分電荷計算,進一步分析了鐵原子在聯(lián)苯烯單層上的電荷轉(zhuǎn)移情況,計算方法如下:

式中,ρtot表示聯(lián)苯烯單層吸附鐵原子后的總電荷密度,ρslab表示未作吸附時的原始載體的電荷密度,ρFe表示孤立鐵原子的電荷密度.

如圖3 所示,黃色部分表示電荷密度增加,藍色表示電荷密度減少.由圖3 中黃色區(qū)域可以看出,鐵原子和聯(lián)苯烯單層間出現(xiàn)了電荷的聚集,這與Bader 電荷分析中鐵原子對聯(lián)苯烯單層轉(zhuǎn)移電荷的結(jié)果相一致,表明聯(lián)苯烯單層與鐵原子之間形成了穩(wěn)定的化學鍵.

圖3 (a),(b);(c),(d);(e),(f)分別是鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四、六、八元環(huán)空位(H 位點)情況下的差分電荷俯視圖及側(cè)視圖Fig.3.(a),(b);(c),(d);(e),(f)are top and side views of differential charge when Fe atoms are adsorbed on top of 4-,6-and 8-membered ring (H sites)of biphenene networks,respectively.

3.5 電子結(jié)構(gòu)

3.5.1 石墨烯和聯(lián)苯烯單層

石墨烯與聯(lián)苯烯單層在—4.0—3.0 eV 能量范圍內(nèi)的能帶與電子態(tài)密度如圖4(a)和圖4(b)所示.由費米能級附近的電子態(tài)分布可見,聯(lián)苯烯單層與石墨烯有著截然不同的電子性質(zhì),石墨烯是零能隙的半導體,費米能級處的電子態(tài)密度為零,在倒空間的K點存在“狄拉克錐”;而聯(lián)苯烯單層有兩條能帶穿過費米能級,不再具有“狄拉克錐”的能帶特征,在費米能級處態(tài)密度有一定的數(shù)值,呈現(xiàn)金屬性.對聯(lián)苯烯單層來說,不用摻雜就有一定的載流子濃度,可作為導電薄層或條帶應用于量子器件.

圖4 (a)石墨烯和(b)聯(lián)苯烯單層的能帶及態(tài)密度圖(費米能級設為0 eV)Fig.4.Energy band and density of states of (a)graphene and (b)biphenene network.The Fermi energy is set to zero.

3.5.2 鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四元環(huán)空位

以鐵原子的最穩(wěn)定吸附位點為代表,圖5(a)展示了當鐵吸附于聯(lián)苯烯單層的四元環(huán)空位時,鐵的3d 軌道及其最近鄰碳原子2p 軌道的投影態(tài)密度.在費米能級以下,鐵的3d 軌道和碳的2p 軌道有較強的雜化,結(jié)合Bader 電荷中吸附的Fe 原子向近鄰碳原子轉(zhuǎn)移的電荷約為 0.73 e,進一步說明鐵原子與聯(lián)苯烯單層之間能夠形成較強的相互作用.在費米能級附近 (—3.0—2.0 eV),體系的電子態(tài)主要由鐵的3d 軌道主導.同時,鐵3d 電子態(tài)有較強的自旋極化,從而形成局域磁矩,使鐵原子與聯(lián)苯烯單層的復合體系表現(xiàn)出明顯的磁性.此外,在—0.23 eV 處,自旋向下的電子態(tài)存在著極強的態(tài)密度尖峰.圖5(c)顯示了鐵3d 軌道的分軌道dxy,dyz,dxz,,由圖5(c)可以看出,該尖銳的態(tài)密度峰來源于鐵的軌道.這是由于垂直于聯(lián)苯烯單層的軌道難以與近鄰碳原子的p 軌道雜化造成的,與體系的準二維特性密切相關.

圖5 鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四元環(huán)空位時的投影態(tài)密度圖(費米能級為零)(a),(c)GGA 計算;(b),(d)GGA+U 計算Fig.5.Projected density of states of Fe atoms adsorbed on the top of 4-membered ring of biphenene network:(a)and (c)GGA calculations;(b)and (d)GGA+U calculations.The Fermi energy is set to zero.

自旋極化計算表明,吸附鐵原子后的聯(lián)苯烯單層為磁性金屬材料.當鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四元環(huán)空位時,磁矩大小約為 1.81μB.進一步檢查材料的非共線磁性發(fā)現(xiàn),當鐵原子吸附于聯(lián)苯烯單層四元環(huán)空位時,易磁化軸指向面外,鐵原子的磁各向異性能大小為0.64 meV,與常見的二維磁性材料 CrXTe3和Fe2Si 相當[50,51].

3.6 磁 序

石墨烯在比表面積、機械強度、電子遷移速度、熱導率等方面有著明顯的優(yōu)勢,但石墨烯本身是非磁性的,限制了石墨烯在自旋電子器件方面的應用.自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來,研究人員采用缺陷、吸附、摻雜、邊界等方式實現(xiàn)石墨烯基復合材料的磁性[52].由于石墨烯的吸附位點(六元環(huán)空位)太過密集且吸附能較小,不利于形成規(guī)則的磁原子陣列,又因為聯(lián)苯烯單層的四元環(huán)空位形成分布稀疏、間距合理的吸附位點網(wǎng)格,且吸附牢固,所以,以聯(lián)苯烯為基底,四元環(huán)空位吸附上鐵原子,易于形成穩(wěn)定的磁有序結(jié)構(gòu).這是聯(lián)苯烯相對于石墨烯一個明顯的優(yōu)點.本研究小組設計了幾種磁序,如圖6 所示,分別命名為鐵磁(FM)、共線反鐵磁序一(Coll-I)、共線反鐵磁序二(Coll-II)和奈爾反鐵磁序(Nèel),用標準GGA 方法分別計算了相應的能量,并顯示在表2 第1 行中.這些數(shù)據(jù)顯示奈爾反鐵磁序最穩(wěn)定,從而確定均勻吸附鐵原子的聯(lián)苯烯單層具有反鐵磁性.

表2 鐵原子吸附聯(lián)苯烯單層不同磁序下的能量Table 2. Energies of Fe atom adsorbed biphenene layer in various magnetic orders.

圖6 聯(lián)苯烯單層均勻吸附鐵原子后的幾種磁序結(jié)構(gòu)(a)鐵磁(FM);(b)共線反鐵磁序一(Coll-I);(c)共線反鐵磁序二(Coll-II);,(d)奈爾反鐵磁序(Nèel)Fig.6.Sketches of several magnetic orders in Fe-adsorbed biphenene monolayer:(a)Ferromagnetic order;(b)collinear anti-ferromagnetic order I;(c)collinear anti-ferromagnetic order II;(d)Nèel antiferromagnetic order.

3.7 用GGA+U 方法考慮電子關聯(lián)修正后的計算結(jié)果

GGA+U方法能夠用直接增加d 軌道在位庫侖排斥能的方式修正d 電子的關聯(lián)效應,比雜化泛函方法能得到更清晰的物理圖像,又采用GGA +U方法計算了聯(lián)苯烯吸附鐵原子的吸附位點、電子結(jié)構(gòu)及磁性,以進一步核實前面的計算結(jié)果.首先,通過線性響應方法自洽地得到了聯(lián)苯烯吸附鐵原子體系的U值[45].如圖7 所示,藍線和紅線分別為自洽和非自洽情形下d 軌道電子數(shù)對微小HubbardU值的線性響應,斜率為k1和k2,則U=1/k1—1/k2=3.6 eV.另外,吸附體系中易于產(chǎn)生電極化和瞬態(tài)偶極相互作用,色散力對吸附構(gòu)型起著重要的作用,因而在計算中采用DFT-D2 形式來引入范德瓦耳斯修正[46].在考慮電子關聯(lián)和色散關聯(lián)修正情況下,對圖1(b)中聯(lián)苯烯的各個吸附位點優(yōu)化了鐵原子吸附的幾何結(jié)構(gòu),并用(1)式計算了吸附能.結(jié)果表明,空位吸附比橋位和定位吸附更穩(wěn)定.空位吸附時,四環(huán)、六環(huán)、八環(huán)空位的吸附能分別為1.45,1.21,1.19 eV,故四環(huán)空位是最穩(wěn)定的吸附位置,與前面計算的結(jié)論一致.圖5(b)給出了GGA+U計算的四環(huán)空位的鐵原子投影態(tài)密度,由圖5(b)可以看出,自旋向上和向下的d 電子態(tài)發(fā)生更大的劈裂,自旋向上d 電子態(tài)處于更深的能量范圍(—6.0 eV 至—4.0 eV).由圖5(d)可以看出,自旋向下的電子態(tài)移到了費米能之上,這將導致更大磁矩出現(xiàn),鐵原子的磁矩為 4.87μB.另外,對于圖6 中4 種磁序,也計算了相應的能量,列于表2 中.考慮關聯(lián)效應后,奈爾反鐵磁序的能量仍然最低,進一步確認了其鐵磁奈爾序基態(tài).

圖7 自洽計算(藍線)和非自洽計算(紅線)鐵原子d 電子數(shù)對Hubbard U 的響應.Fig.7.Response of d electron number of Fe atom adsorbed on biphenene network to Hubbard U in self-consistent and non-self-consistent calculations.

4 總結(jié)與展望

本文通過密度泛函理論框架下的第一性原理計算研究了聯(lián)苯烯單層對鐵原子的吸附情況,明確了聯(lián)苯烯單層可能的吸附位點.通過吸附能和分子動力學的計算,證明了鐵原子可以穩(wěn)定的吸附于聯(lián)苯烯單層四元環(huán)和六元環(huán)的空位上.鐵原子與聯(lián)苯烯單層存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移,鐵3d 電子態(tài)與碳2p 電子態(tài)有較強的軌道雜化,二者間能夠形成穩(wěn)定的化學鍵.鐵原子在四元環(huán)空位吸附時,易磁化軸指向面外,磁矩大小約為1.81μB.相對于石墨烯而言,聯(lián)苯烯是更優(yōu)異的吸附載體,體現(xiàn)在兩個方面,一是吸附能較大,二是吸附位點(四環(huán)空位)分散且間距合理,這導致吸附后能形成穩(wěn)定的復合材料.聯(lián)苯烯作為磁性材料,而且磁性原子排列規(guī)則,便于形成穩(wěn)定的磁序;作為催化材料,催化位點穩(wěn)固,分散合理.聯(lián)苯烯的另一個優(yōu)點是金屬性,優(yōu)良的導電性有利于作為分子導線、電極材料等電輸運器件.金屬性也有利于聯(lián)苯烯吸附鐵原子作為催化材料,有實驗研究表明[53],金屬態(tài)的電催化劑具有更為優(yōu)異的電催化活性,其原因是電子在金屬態(tài)的催化劑內(nèi)部可以更快地傳輸.因此,本文結(jié)果確認了聯(lián)苯烯單層是比石墨烯更好的鐵原子吸附載體且體系有磁性,為研究新型吸附材料的電磁、輸運、催化等特性提供了重要的基礎信息.