该项目主要从原子层次和电子结构方面研究不同的修饰方式对石墨烯的结构稳定性和表面反应活性的作用机理。一方面通过优化构型的原子间距、键长、能带结构、电荷分布和电子态密度等方面性质分析获取体系的原子/电子结构、磁性变化和成键信息，从而对金属、非金属原子掺杂或含氧官能团修饰石墨烯体系的原子/电子结构特性进行研究；另一方面通过观察NH₃、SO₂、HCN和NO等多种有毒气体分子在石墨烯表面的吸附，引起体系表面结构和电子特性的变化从而改性石墨烯作为气敏材料。该项目的开展取得了多项创新性成果，为改性石墨烯碳基纳米材料在电子、气敏和催化等方面的应用价值提供了理论依据和有效的数据参考。

石墨烯负载单个原子的形成机理与催化特性：寻求具有特殊物性的碳基金属复合功能材料一直是研究领域的热点之一。在此研究基础之上又对石墨烯负载的非贵金属原子（Co、Al、Zn和Ni)体系的稳定结构和催化活性进行了系统的研究，发现掺杂的Co和Ni原子具有极高的稳定性，相比石墨烯纳米带边缘的影响，空位缺陷的结构更有利于金属原子的束缚。

有毒气体分子在改性石墨烯表面的吸附特性：针对石墨烯中碳原子的化学惰性强，气体分子吸附能较小的问题。通过前期的研究经验，发现单个空位缺陷结构的石墨烯能够极大的增强对金属Co原子的束缚作用。

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