Infrared (IR) spectroscopy is an important means to study the atomic structure of graphene oxide (GO). In this study, computational simulations of GO IR spectra are carried out. The widely accepted Lerf model gives most experimental IR characteristics correctly except the strong C=O stretching peak. This is a result of the absence of carbonyl groups in the interior part of GO. Defects or small oxidative debris should thus be introduced into GO models to accommodate more carbonyl groups. Unfortunately, even for those with defects or oxidative debris included, most previous models in the literature still fail to give a correct IR response. Actually, the C=O stretching frequency is found to be very sensitive to local chemical environment. Therefore, to introduce defects or oxidative debris into GO models, certain constrains apply.
REFERENCES
1.
O. C.
Compton
, and S. T.
Nguyen
, Small
6
, 711
(2010
).2.
D. R.
Dreyer
, S.
Park
, C. W.
Bielawski
, and R. S.
Ruoff
, Chem. Soc. Rev.
39
, 228
(2010
).3.
R. S.
Ruoff
, Nat. Nanotechnol.
3
, 10
(2008
).4.
S.
Gilje
, S.
Han
, M.
Wang
, K. L.
Wang
, and R. B. A.
Kaner
, Nano Lett.
7
, 3394
(2007
).5.
S.
Park
, and R. S.
Ruoff
, Nat. Nanotechnol.
4
, 217
(2009
).6.
D.
Li
, M. B.
Muller
, S.
Gilje
, R. B.
Kaner
, and G. G.
Wallace
, Nat. Nanotechnol.
3
, 101
(2008
).7.
S.
Stankovich
, D. A.
Dikin
, G. H. B.
Dommett
, K. M.
Kohlhaas
, E. J.
Zimney
, E. A.
Stach
, R. D.
Piner
, S. T.
Nguyen
, and R. S.
Ruoff
, Nature (London)
442
, 282
(2006
).8.
L.
Wang
, K.
Lee
, Y. Y.
Sun
, M.
Lucking
, Z.
Chen
, J. J.
Zhao
, and S. B.
Zhang
, ACS Nano
3
, 2995
(2009
).9.
G. M.
Psofogiannakis
, and G. E.
Froudakis
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 15133
(2009
).10.
E.
Tylianakis
, G. M.
Psofogiannakis
, and G. E.
Froudakis
, J. Phys. Chem. Lett.
1
, 2459
(2010
).11.
J.
Li
, D.
Kuang
, Y.
Feng
, F.
Zhang
, Z.
Xu
, and M.
Liu
, J. Hazard. Mater.
201–202
, 250
(2012
).12.
S.
Ge
, M.
Yan
, J.
Lu
, M.
Zhang
, F.
Yu
, J.
Yu
, X.
Song
, and S.
Yu
, Biosens. Bioelectron.
31
, 49
(2012
).13.
W.
Xie
, W.
Huang
, N.
Li
, and H.
Luo
, Chem. Commun.
48
, 82
(2012
).14.
G.
Eda
, G.
Fanchini
, and M.
Chhowalla
, Nat. Nanotechnol.
3
, 270
(2008
).15.
X.
Wu
, M.
Sprinkle
, X.
Li
, F.
Ming
, C.
Berger
, and W.
Heer
, Phys. Rev. Lett.
101
, 026801
(2008
).16.
W. K.
Kim
, Y. M.
Jung
, J. H.
Cho
, J. Y.
Kang
, J. Y.
Oh
, H.
Kang
, H. J.
Lee
, J. H.
Kim
, S.
Lee
, H. J.
Shin
, J. Y.
Choi
, S. Y.
Lee
, Y. C.
Kim
, I. T.
Han
, J. M.
Kim
, J. G.
Yook
, S.
Baik
, and S. C.
Jun
, Appl. Phys. Lett.
97
, 193103
(2010
).17.
18.
U.
Hofmann
and R.
Holst
, Ber. Dtsch. Chem. Ges. B
72
, 754
(1939
).19.
G.
Ruess
, Monatsch. Chem.
76
, 381
(1947
).20.
W.
Scholz
and H. P.
Boehm
, Z. Anorg. Allg. Chem.
369
, 327
(1969
).21.
T.
Nakajima
, A.
Mabuchi
, and R.
Hagiwara
, Carbon
26
, 357
(1988
).22.
T.
Nakajima
and Y.
Matsuo
, Carbon
32
, 469
(1994
).23.
H.
He
, T.
Riedl
, A.
Lerf
, and J.
Klinowski
, J. Phys. Chem.
100
, 19954
(1996
).24.
A.
Lerf
, H.
He
, M.
Forster
, and J.
Klinowski
, J. Phys. Chem. B
102
, 4477
(1998
).25.
T.
Szabó
, O.
Berkesi
, P.
Forgó
, K.
Josepovits
, Y.
Sanakis
, D.
Petridis
, and I.
Dékány
, Chem. Mater.
18
, 2740
(2006
).26.
J. P.
Rourke
, P. A.
Pandey
, J. J.
Moore
, M.
Bates
, I. A.
Kinloch
, R. J.
Young
, and N. R.
Wilson
, Angew. Chem. Int. Ed.
123
, 3231
(2011
).27.
N.
Lu
and Z,
Li
, Quantum Simulations of Materials and Biological Systems
(Springer
, Berlin
, 2012
), pp. 69
–84
.28.
D. W.
Boukhvalov
, and M. I.
Katsnelson
, J. Am. Chem. Soc.
130
, 10697
(2008
).29.
W.
Zhang
, V.
Carravetta
, Z.
Li
, Y.
Luo
, and J.
Yang
, J. Chem. Phys.
131
, 244505
(2009
).30.
R. J. W. E.
Lahaye
, H. K.
Jeong
, C. Y.
Park
, and Y. H.
Lee
, Phys. Rev. B
79
, 125435
(2009
).31.
L.
Wang
, Y. Y.
Sun
, K.
Lee
, D.
West
, Z. F.
Chen
, J. J.
Zhao
, and S. B.
Zhang
, Phys. Rev. B
82
, 161406
(2010
).32.
J. A.
Yan
and M. Y.
Chou
, Phys. Rev. B
82
, 125403
(2010
).33.
J. A.
Yan
, L.
Xian
, and M. Y.
Chou
, Phys. Rev. Lett.
103
, 086802
(2009
).34.
Z.
Li
, W.
Zhang
, Y.
Luo
, J.
Yang
, and J.
Hou
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 6320
(2009
).35.
N.
Lu
, Y.
Huang
, H.
Li
, Z.
Li
, and J.
Yang
, J. Chem. Phys.
133
, 034502
(2010
).36.
J. T.
Paci
, T.
Belytschko
, and G. C.
Schatz
, J. Phys. Chem. C
111
, 18099
(2007
).37.
L.
Wang
, J.
Zhao
, Y.
Sun
, and S.
Zhang
, J. Chem. Phys.
135
, 184503
(2011
).38.
A. J.
Page
, C. P.
Chou
, B. Q.
Pham
, H. A.
Witek
, S.
Irle
, and K.
Morokuma
, Phys. Chem. Chem. Phys.
15
, 3725
(2013
).39.
W.
Gao
, L. B.
Alemany
, L.
Ci
, and P. M.
Ajayan
, Nat. Chem.
1
, 403
(2009
).40.
W.
Cai
, R. D.
Piner
, F. J.
Stadermann
, S.
Park
, M. A.
Shaibat
, Y.
Ishii
, D.
Yang
, A.
Velamakanni
, S. J.
An
, M.
Stoller
, J.
An
, D.
Chen
, and R. S.
Ruoff
, Science
321
, 1815
(2008
).41.
L. B.
Casabianca
, M. A.
Shaibat
, W. W.
Cai
, S.
Park
, R.
Piner
, R. S.
Ruoff
, and Y.
Ishii
, J. Am. Chem. Soc.
132
, 5672
(2010
).42.
S.
Saxena
, T. A.
Tyson
, and E.
Negusse
, J. Phys. Chem. Lett.
1
, 3433
(2010
).43.
D. W.
Lee
, V. L.
De Los Santos
, J. W.
Seo
, L. L.
Felix
, D. A.
Bustamante
, J. M.
Cole
, and C. H. W.
Barnes
, J. Phys. Chem. B
114
, 5723
(2010
).44.
S.
Stankovich
, R. D.
Piner
, S. T.
Nguyen
, and R. S.
Ruoff
, Carbon
44
, 3342
(2006
).45.
H. K.
Jeong
, L.
Colakerol
, M. H.
Jin
, P. A.
Glans
, K. E.
Smith
, and Y. H.
Lee
, Chem. Phys. Lett.
460
, 499
(2008
).46.
J.
Shen
, M.
Shi
, H.
Ma
, B.
Yan
, N.
Li
, Y.
Hu
, and M.
Ye
, J. Colloid Interface Sci.
352
, 366
(2010
).47.
X.
Li
, G.
Zhang
, X.
Bai
, X.
Sun
, X.
Wang
, E.
Wang
, and H.
Dai
, Nat. Nanotechnol.
3
, 538
(2008
).48.
C.
Hontoria-Lucas
, A. J.
Lóez-Peinado
, J. D.
López-Gonzáez
, M. L.
Rojas-Cervantes
, and R. M.
Martín-Aranda
, Carbon
33
, 1585
(1995
).49.
C. D.
Zangmeister
, Chem. Mater.
22
, 5625
(2010
).50.
Y. M.
Shulga
, V. M.
Martynenko
, V. E.
Muradyan
, S. A.
Baskakov
, V. A.
Smirnov
, and G. L.
Gutsev
, Chem. Phys. Lett.
498
, 287
(2010
).51.
T.
Szabó
, O.
Berkesi
, and I.
Dékány
,Carbon
43
, 3186
(2005
).52.
J. C.
Meyer
, C.
Kisielowski
, R.
Erni
, M. D.
Rossell
, M. F.
Crommie
, and A.
Zettl
, Nano Lett.
8
, 3582
(2008
).53.
F.
Banhart
, J.
Kotakoski
, and A. V.
Krasheninnikov
, ACS Nano
5
, 26
(2011
).54.
A.
Hashimoto
, K.
Suenaga
, A.
Gloter
, K.
Urita
, and S.
Iijima
, Nature (London)
430
, 870
(2004
).55.
K.
Erickson
, R.
Erni
, Z.
Lee
, N.
Alem
, W.
Gannett
, and A.
Zettl
, Adv. Mater.
22
, 4467
(2010
).56.
A. F.
Faria
, D. S. T.
Martinez
, A. C. M.
Moraes
, M. E. H.
Maia da Costa
, E. B.
Barros
, A. G.
Souza Filho
, A. J.
Paula
, and O. L.
Alves
, Chem. Mater.
24
, 4080
(2012
).57.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4818539 for more structure models and their corresponding calculated IR spectra.
58.
N.
Lu
, D.
Yin
, Z.
Li
, and J.
Yang
, J. Phys. Chem. C
115
, 11991
(2011
).59.
M.
Elstner
, D.
Porezag
, G.
Jungnickel
, J.
Elsner
, M.
Haugk
, T.
Frauenheim
, S.
Suhai
, and G.
Seifert
, Phys. Rev. B
58
, 7260
(1998
).60.
B.
Aradi
, B.
Hourahine
, and T.
Frauenheim
, J. Phys. Chem. A
111
, 5678
(2007
).61.
C.
Koehler
and Th.
Frauenheim
, Surf. Sci.
600
, 453
(2006
).62.
M.
Acik
, C.
Mattevi
, C.
Gong
, G.
Lee
, K.
Cho
, M.
Chhowalla
, and Y. J.
Chabal
, ACS Nano
4
, 5861
(2010
).63.
M.
Acik
, G.
Lee
, C.
Mattevi
, A.
Pirkle
, R. M.
Wallace
, M.
Chhowalla
, K.
Cho
, and Y.
Chabal
, J. Phys. Chem. C
115
, 19761
(2011
).64.
H.
Yu
, and Q.
Cui
, J. Chem. Phys.
127
, 234504
(2007
).65.
R. G.
Gordon
, J. Chem. Phys.
43
, 1307
(1965
).66.
H. A.
Witek
, and K.
Morokuma
, J. Comput. Chem.
25
, 1858
(2004
).67.
See http://webbook.nist.gov/chemistry/ for chemical and physical property data for chemical species.
68.
K. N.
Kudin
, B.
Ozbas
, H. C.
Schniepp
, R. K.
Prud'homme
, I. A.
Aksay
, and R.
Car
, Nano Lett.
8
, 36
(2008
).69.
E.
Choi
, T. H.
Han
, J.
Hong
, E. J.
Kim
, S. H.
Lee
, H. W.
Kim
, and S. O.
Kim
, J. Mater. Chem.
20
, 1907
(2010
).70.
C.
Nethravathi
, J. T.
Rajamathi
, N.
Ravishankar
, C.
Shivakumara
, and M.
Rajamathi
, Langmuir
24
, 8240
(2008
).71.
M. J.
McAllister
, J. L.
Li
, D. H.
Adamson
, H. C.
Schniepp
, A. A.
Abdala
, J.
Liu
, M.
Herrera-Alonso
, D. L.
Milius
, R.
Car
, R. K.
Prud'homme
, and I. A.
Aksay
, Chem. Mater.
19
, 4396
(2007
).72.
X. K.
Zhang
, E. G.
Lewars
, R. E.
March
, and J. M.
Parnis
, J. Phys. Chem.
97
, 4320
(1993
).73.
S. W.
Han
, and K.
Kim
, J. Phys. Chem.
100
, 17124
(1996
).74.
J. R.
Schmidt
, S. A.
Corcelli
, and J. L.
Skinner
, J. Chem. Phys.
121
, 8887
(2004
).75.
S.
Chatterjee
, and A. S.
Hadi
, Stat. Sci.
1
, 379
(1986
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
