氧化石墨烯(GO)含有一系列氧官能团,如羧基、酮、环氧和羟基,使其在光电子纳米器件、催化、复合材料和药物传递中有着良好的应用。尽管在实验和理论上已经做了大量的研究,但GO的精确结构仍然未知且存争议。最近的理论研究采用DFT方法研究高锰酸盐氧化石墨烯的过程发现,GO上有大面积的氧化区域与未氧化区域共存的现象,且氧化位点有高度的相关性,这与实验观察一致[Angewandte Chemie International Edition 53,10190(2014)].。在本论文中,我们进一步研究了石墨烯的起始氧化过程,考虑了羟基、环氧、羧基和酮等氧化官能团。通过研究这些官能团及它们的混合构型,我们认为,在石墨烯氧化过程中,初始的氧化位点是随机的。然而,接下来,相较于近中心,近边缘的位点更容易被氧化。尤其是环氧和羟基,它们更容易处于靠近边缘的区域。此外,石墨烯上的氧化位点趋向于聚集在一起,有高度的相关性,但它们的聚集程度存在上限,这是因为相邻官能团的空间效应,包括单个环氧的空间吸引、单个羟基的空间排斥和混合官能团的空间位阻等效应。其中,空间位阻和排斥通过使分子形变抑制临近位点的氧化,而空间吸引使氧化位点倾向于聚集。如上所述,我们研究了石墨烯的起始氧化过程,发现近边缘的位点比近中心的位点更易被氧化。在氧化过程中官能团趋向于聚集,氧化位点有高度相关性。然而,由于官能团自身的多种空间效应,氧化位点聚集程度并非无限。