CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.2. Dẫn xuất của graphene với hydroxyl (GnOH)
3.2.1.1. Dẫn xuất một nhóm chức (G1OH)
Tương tự như các nghiên cứu trước [75], [118], [117], sự hình thành liên kết giữa một nhóm hydroxyl với nguyên tử carbon của graphene dẫn đến sự biến dạng của bộ khung graphene (hình 3.6a).
(a) (b)
Hình 3.6. Dẫn xuất G1OH đã tối ưu (nhìn từ bên) (a) và sự chênh lệch mật độ electron ở đồng mức 0,0015 electron/Å3. Các vùng màu vàng và xanh lam lần lượt
biểu thị cho sự sự tăng và giảm mật độ electron (b).
Khi hình thành liên kết này, nguyên tử carbon gắn với nhóm hydroxyl dịch chuyển lên trên. Hệ quả là các liên kết C-C xung quanh nguyên tử carbon này bị kéo dài đến 1,500 Å. Khoảng cách này nhỏ hơn độ dài liên kết trung bình của liên kết đơn C-C (1,54 Å) nhưng lại lớn hơn độ dài liên kết đôi C=C (1,34 Å). Độ dài liên kết giữa nhóm -OH và nguyên tử carbon của tấm graphene là 1,530 Å. Giá trị này lớn hơn giá
49
trị đặc trưng của liên kết đơn C-O (1,43 Å). Ngồi ra, góc ∠CCC cũng biến đổi từ 120o đến 113,30o, cịn độ lớn góc ∠OCC là 101,79o. Những kết quả này chứng tỏ rằng nguyên tử carbon trong nhóm C-OH trải qua q trình chuyển đổi từ lai hóa sp2 thành biến dạng sp3. Đặc biệt, khi tiến hành tối ưu hóa dẫn xuất G1OH với sự định hướng khác nhau của nhóm hydroxyl, chúng tơi đều thu được cùng một kết quả. Nhóm hydroxyl trong cấu trúc đã tối ưu của G1OH ln hướng vào tâm của vịng lục giác. Sự định hướng của nhóm hydroxyl chủ yếu bắt nguồn từ sự hình thành liên kết hydrogen giữa nhóm -OH và electron π của graphene, O-H∙∙∙π. Thật vậy, sự hình thành liên kết C-OH dẫn đến sự phân bố lại mật độ electron (hình 3.6b). Mật độ electron tăng lên giữa nguyên tử oxygen và nguyên tử carbon trong C-OH, chứng tỏ liên kết C-OH được hình thành. Bên cạnh đó, chúng tơi cũng nhận thấy sự tăng mật độ electron giữa hydrogen và electron π của graphene. Đây chính là hệ quả của sự hình thành liên kết O-H ∙∙∙ π. Hơn nữa, tính tốn cũng cho thấy rằng năng lượng Eb của dẫn xuất G1OH bằng -1,17 eV/OH.