On the Problem of the Proton Permeability of Graphene and Borophene in Different Dielectric Media
O. A. Maslova, A. V. Ryabykh, S. A. Beznosyuk
摘要
我们报告了对假设的具有不同介电常数的水溶液中 H+ 氢离子状态的计算机建模结果，以及对自由和水合质子穿过单体石墨烯和类石墨烯硼墨烯纳米层的模拟。计算是在密度泛函理论中使用广义梯度近似的 BP86 函数以及 def2-SVPD 和 def2-TZVP Karlsruhe 基组进行的。使用介电常数范围为 ε = 1到80.4 的类导体可极化连续模型来描述溶剂。建模是在 Orca 5.0.1 软件包中进行的。文章的第一部分描述了 H+ 离子与水分子复合物的分子间相互作用的状态。发现在水溶液中研究的 H3O+、和结构中最稳定的是水合氢离子 H3O+。这一实验事实与介质的介电性质无关。本文的第二部分描述了H+离子穿过单体石墨烯和类石墨烯硼墨烯纳米层的过程。文中展示了质子从纳米层一侧的第一个水分子到另一侧的第二个水分子的渗透机制。结果发现，氢离子穿过石墨烯纳米层的势垒为1.63 eV，而穿过硼墨烯纳米层的势垒高度为0.22 eV。文中证明了在所有情况下，介质的介电常数都不会显著影响势垒高度。