The effect of functionalization of carbon nanoshells on their electrical properties
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-2-63-68Keywords:
carbon nanoshell, functionalization, plasma, resistance, band gapAbstract
We present an experimental and theoretical study of electronic properties of carbon nanoshells with pore size 3 nm after its functionalization if fluorine radio-frequency plasma. The synthesized samples are CF0.05, CF0.31 and CF0.50 after 5, 15 and 30 hours of functionalization. It is shown that the functionalization time increase changes the electric resistance from 50 to 950 Ohm with stable structure. Theoretical estimate of the band gap with of carbon nanoshells is 0.13 eV. We assume that such small band gap (e.g., fully fluorinated one-layer graphene has ~2–3 eV gap) is a result of incomplete functionalization and influence of additional carbon layers inside the shellReferences
Shehzad K., Xu Y., Gao C., Duan X. Three-dimensional macro-structures of two-dimensional nanomaterials. Chemical Society Reviews. 2016, vol. 45, pp. 5541–5588. DOI: 10.1039/c6cs00218h
Tressaud A., Durand E., Labrugere C. Surface modification of several carbon-based materials: comparison between CF4 RF plasma and direct F2-gas fluorination routes. Journal of Fluorine Chem-istry, 2004, vol. 125, pp. 1639–1648. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2004.09.022
Yang G.-H., Bao D., Liu H., Zhang D., Wang N., Li H. Functionalization of graphene and applications of the derivatives. Journal of Inorganic Organometallic Polymers, 2017, vol. 27, pp. 1129–1141. DOI: 10.1007/s10904-017-0597-6
Esquinazi P. D. Basic physics of functionalized graphene. Cham, Switzerland: Springer, 2016. 185 p.
Wang B., Wang J., Zhu J. Fluorination of gra-phene: a spectroscopic and microscopic study. ACS Nano. 2014, vol. 8, pp. 1862–1870.
DOI: 10.1021/nn406333f
Tahara K., Iwasaki T., Matsutani A., Hatano M. Effect of radical fluorination on mono- and bi-layer graphene in Ar/F2 plasma. Applied Physics Letters, 2012, vol. 101, 163105. DOI: 10.1063/1.4760268
Jayasinghe R., Thapa A. K., Dharmasena R. R., et. al. Optimization of multi-walled carbon nano-tube based CFx electrodes for improved primary and secondary battery performances. Journal of Power Sources. 2014, vol. 253, pp. 404–411. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2013.12.076
Peltekis N., Kumar S., McEvoy N., Lee K. et al. The effect of downstream plasma treatments on graphene surfaces. Carbon. 2012, vol. 50, pp. 395–403. DOI: 10.1016/j.carbon.2011.08.052
An K. H., Heo J. G., Jeon K. G. et. al. X-ray photo-emission spectroscopy study of fluorinated single-walled carbon nanotubes. Applied Physics Letters. 2002, vol. 80, pp. 4235-4237. DOI: 10.1063/1.1482801
Zhao R., Jayasingha R., Sherehiy A., et. al. In situ transport measurements and band gap formation of fluorinated graphene. Journal of Physical Chemistry. 2015, vol. 119, pp. 20150–20155. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b06111
Nourbakhsh A., Cantoro M., Vosch T., Pourtois G., et al. Bandgap opening in oxygen plasma-treated graphene. Nanotechnology, 2010, vol. 21, 435203. DOI: 10.1088/0957-4484/21/43/435203
Gargiulo F., Autes G. et al. Electronic transport in graphene with aggregated hydrogen adatoms. Physical Review Letters, 2014, vol. 113, 246601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.246601
Rudakov G. A., Sosunov A. V., Ponomarev R. S., Khenner V. K., Reza Md. S., Sumanasekera G. Synthesis of hollow carbon nanoshells and their application for supercapacitors. Physics of the Solid State, 2018, vol. 60, no. 1, pp. 167–172. DOI: 10.1134/S1063783418010213]
Ziolkowska D. A., Jangam J. S. D., et. al. Simple synthesis of highly uniform bilayer-carbon nanocages. Carbon. 2017, vol. 115, pp. 617–624. DOI: 10.1016/j.carbon.2017.01.055
Castro Neto A. H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., Geim A. K. The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics, 2009, vol. 81, 109. DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109
Kittel C. Quantum theory of solids. New York: Wiley, 1987. 528 p.
Neamen D. A. Semiconductor physics and devices. Basic Principles. New-York: McGraw-Hill, 2003. 567 p.
Feng W., Long P., Feng Y., Li Y. Two‐dimen-sional fluorinated graphene: synthesis, structures, proper-ties and applications. Advanced Science, 2016, vol. 3, 1500413. DOI: 10.1002/advs.201500413
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.
