超卤素对二维单原子层材料功能化修饰的计算模拟

A superhalogen refers to a complex with higher electron affinity as compared to that of conventional halogen atoms. The rich properties of superhalogens motivate scientists to design and synthesize new ones. In this research project, we use density functional theory together with molecular dynamics simulation and simulated annealing to study the functionalizations of graphene, BN-hybrid graphene, graphyne, and silicene with 17 synthesized superhalogens such as BO2,MnCl3,LiCl2,MgCl3. This project will promote the applications of superhalogens in material science, and initiate the study of superhalogenation of 2D atomic sheets with novel properties.

,.超卤素（superhalogen）指的是电子亲和能比卤素原子的电子亲和能（3.0-3.6 eV）更大的一类基团或分子。与卤素原子相比，超卤素表现出更加丰富的特征（电负性更大，结构更丰富，性质更新颖）。在过去的30年里，人们把主要精力集中在设计和合成新型的superhalogen 或hyperhalogen。 然而，如何应用已经合成出的超卤素结构是人们尚未深入研究的领域。本课题以密度泛函理论为基础, 结合模拟退火和分子动力学方法，将采用高性能的计算模拟，拓广材料卤化的思想，利用实验中已合成出的超卤素对实验中已合成出的石墨烯、BN-杂化石墨烯、石墨炔、硅稀等新型二维材料进行功能化修饰和改性的研究，探索单原子层材料的超卤素化，丰富其结构和功能。本课题对于推动超卤素在材料科学中的应用，探索单原子层材料的超卤素功能化修饰具有重要的意义 。

经过两年的研究， 我们取得了良好的进展， 包括： （1） 设计出了全金属超超卤素，并预言了由这种全金属超卤素与碱金属元素构成的材料具有良好的光学特性，为新型超卤素的研发拓宽的思路。 此研究被选为杂志封面发表在ChemPhysChem上； （2）硅烯是继石墨烯之后的另一重大发现。由于硅材料与现代电子工业技术的相容性，硅烯的研究得到了广泛的关注。我们首次系统而深入地研究了新合成的磁性超卤簇MnCl3对硅烯的表面修饰以及对其能带结构和磁性质的有效调控 。 此研究被选为杂志封面发表在Phys.Chem.Chem.Phys.上；３）发现了第一个双元反铁磁性超卤素。之前所发现的反铁磁性超卤素都是3元的。我们发现了第一个双元反铁磁性超卤素Mn4Cl9（即飚卤素的中心金属与其配体超卤素的中心金属是同一种元素）。对于其电子亲和能的进一步研究发现，由于MnCl3片段的电子亲和能远高于Cl, BO2等常用超卤素配体，因此相应的飚卤素Mn4Cl9的电子亲和能也是最高的（6.76 eV）。我们发现基态的Mn4Cl9及其阴离子的Mn原子之间倾向于反铁磁耦合，并且可以与碱金属进一步组装成新型磁性盐类体系；（4）超卤素对纳米磁性体系的调控是化学和材料科学最感兴趣的课题之一。以Fe2为典型代表研究了BO2超卤素对其电子结构和磁性的调控，发现超卤素的数目和吸附构型能有效地改变Fe-Fe间的磁耦合。