南京大學湯怒江教授團隊:磷摻雜石墨烯的合成與磁性進展

2021-01-19 材料分析與應用

本文要點：

通過在P蒸氣中對FGi進行退火製備了P-摻雜的石墨烯，其P-摻雜水平高達6.40 at。

成果簡介

石墨烯片空位中的磷摻雜會顯著改變石墨烯的物理和化學性質。通常，由於空位濃度低，很難高水平地進行磷（P）摻雜，但是需要合成具有理想性能的石墨烯。本文，通過在P蒸氣中對氟石墨（FGi）進行熱退火獲得P摻雜水平高達6.4at 的石墨烯。此外，表明可以在2.86至6.40 at的寬範圍內調整P摻雜水平。通過改變紅磷與FGi的質量比來確定。磁性結果表明：

（i）P摻雜可以有效地在石墨烯中產生局部磁矩；

（ii）sp 3型PO x的摻雜水平越高基團，P超摻雜石墨烯的磁化強度越高；

（iii）高P摻雜水平可導致反鐵磁和鐵磁行為的共存。提出sp 3型PO x基團是主要的磁源。

圖文導讀

圖1.（a）FGi晶格的脫氟和P摻雜示意圖。FGi（b）和PG-6.40（c）得TEM圖像。PG-6.40的C + O + P（d），C（e），O（f）和P（g）的元素映射。

圖2.（a）FGi，rFGi和PG-6.40得XPS光譜。（b）PG-6.40的高解析度P 2p XPS光譜。（c）FGi，rFGi和PG-6.40的拉曼光譜。

圖3. FGi，rFGi和具有低水平P摻雜（PG-2.86和PG-3.79）的PG樣品的順磁性。

圖4.減去相應的線性反磁性後，具有高水平P摻雜的PG樣品的有序磁性。

圖5.（a）PG樣品的三個含P基團的分布。（b）M對PG樣品中P含量的依賴性。（c）M對PO x含量的依賴性。

小結

總之，通過在P蒸氣中對FGi進行退火製備了P-摻雜的石墨烯，其P-摻雜水平高達6.40 at。磁性結果表明，P摻雜可以有效地產生局部磁矩，而高P摻雜水平則導致明顯的鐵/反鐵磁行為。sp 3型PO x有人提出將基團作為主要的磁源，而高密度的局部自旋則有助於磁有序化。發現P摻雜水平可以在2.86至6.40at的寬範圍內調節。通過改變紅磷與FGi的質量比來確定。具有高P摻雜水平的PG中的磁有序現象已經證實了石墨烯中P的高含量的重要性。而且，所獲得的具有高且可調的P摻雜水平的PG提供了一個有效的平臺，可以進一步探索其在各種應用中的優化性能。

參考文獻：

P-Superdoped Graphene: Synthesis and Magnetic Properties

DOI：10.1021 / acsami.9b11505。

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