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哈工大突破世界性难题:“解锁”石墨烯光致精准功能化

哈工大突破世界性难题:“解锁”石墨烯光致精准功能化

2020年10月27日 17:18 来源:中国新闻网参与互动参与互动
哈工大突破世界性难题:“解锁”石墨烯光致精准功能化
    单层石墨烯与BCM分子间光致环加成反应示意图。哈尔滨工业大学供图

  中新网哈尔滨10月27日电 (记者 王琳 史轶夫)哈尔滨工业大学于27日发布消息,该校化工与化学学院于淼教授课题组在石墨烯功能化方面取得了重要进展。该工作为石墨烯光致精准功能化的首例,通过精细调控局域杂化模式打开石墨烯带隙,首次在原子尺度实现了石墨烯的二维长程有序功能化,为石墨烯基二维材料在电子器件和光电器件应用方面的关键难题提供了有效解决方法。

分子网络与石墨烯环加成反应后的扫描隧道显微镜图和理论模型。哈尔滨工业大学供图
分子网络与石墨烯环加成反应后的扫描隧道显微镜图和理论模型。哈尔滨工业大学供图

  作为世界上首个真正意义上的二维材料,石墨烯不仅是最薄且最坚硬的二维材料,且具有优异的导电、导热性、光学性质和稳定性,在航空航天、太阳能利用、透明触摸屏、电子器件、传感探测、生物医疗、可穿戴器件、高性能复合材料等领域广泛应用。

  然而,石墨烯的零带隙限制了其实际应用的可能性。尽管在过去的十几年间,已有多种方法用于石墨烯功能化进而打开带隙,如掺杂外来原子、修饰纳米颗粒、制造纳米结构石墨烯、表面吸附等,长程有序原子级精准调制石墨烯局域杂化仍旧是世界性难题。

  该工作采用带有马来酰亚胺和双羧酸基团的BCM分子,在单层石墨烯表面以分子间双氢键形成满覆盖二维延展有序网络,通过紫外辐照在超高真空条件下触发分子网络与石墨烯基面间的光致环加成反应。

光致环加成反应对石墨烯的吸收振动和能带结构的影响。哈尔滨工业大学供图
光致环加成反应对石墨烯的吸收振动和能带结构的影响。哈尔滨工业大学供图

  该光致反应可精确调制石墨烯局域杂化模式,改变石墨烯电子结构,有效引入带隙。不同于前人采用的长时间浸泡、加热、电脉冲和探针施压等反应触发方式,光致反应不仅为高吸热反应提供了实用的解决方案,其简便性、远程可控性、与其他光相关技术(如光刻)的兼容性更利于在电子和光电器件方面的实际应用。

  作为第一个石墨烯与分子网络反应的范例,该工作解锁了精确、长程有序调制石墨烯电子结构的高效途径,对进一步发展光诱导表面合成反应有重要意义。同时,这种对局部杂化的精准调控以及功能化后石墨烯的长程有序性为发展基于石墨烯的尖端纳电子和光电器件铺平了道路。(完)

【编辑:姜雨薇】
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