光環加成實現長程有序原子尺度控制的石墨烯雜化

2021-01-09 科學網

光環加成實現長程有序原子尺度控制的石墨烯雜化

作者：

小柯機器人

發布時間：2020/10/28 12:58:43

光環化反應實現精確可控石墨烯雜化，這一成果由Miao Yu (哈爾濱工業大學)、André Gourdon、Lev Kantorovich和Federico Rosei研究團隊經過不懈努力而取得。 相關論文於2020年10月19日發表在《自然—化學》雜誌上。

研究組演示了在二維分子網絡上的具有空間選擇性性的光環加成反應，該二維分子網絡具有無缺陷的單層石墨烯基面。在亞分子級別直接觀察表明，環加成反應是由紫外線照射在超高真空下引發，不需要石墨烯莫爾條紋的輔助。反應包括[2 + 2]和[2 + 4]環加反應，反應位點對齊到一個二維擴展和秩序井然的陣列，誘導反應石墨烯的能帶隙層。這項工作為設計和工程化基於石墨烯的光電和微電子器件提供了堅實的基礎。

據悉，將sp2轉化為sp3雜化的化學反應已被證明是一個迷人卻具有挑戰性的功能化石墨烯的路線。迄今為止，在原子/分子尺度上精確地控制反應位點或它們的側向順序還無法實現。對於需要長時間浸泡，加熱，電脈衝或探針按壓的反應，其應用前景受到限制。

附：英文原文

Title: Long-range ordered and atomic-scale control of graphene hybridization by photocycloaddition

Author: Miao Yu, Chong Chen, Qi Liu, Cristina Mattioli, Hongqian Sang, Guoqiang Shi, Wujun Huang, Kongchao Shen, Zhuo Li, Pengcheng Ding, Pengfei Guan, Shaoshan Wang, Ye Sun, Jinping Hu, Andr Gourdon, Lev Kantorovich, Flemming Besenbacher, Mingshu Chen, Fei Song, Federico Rosei

Issue&Volume: 2020-10-19

Abstract: Chemical reactions that convert sp2 to sp3 hybridization have been demonstrated to be a fascinating yet challenging route to functionalize graphene. So far it has not been possible to precisely control the reaction sites nor their lateral order at the atomic/molecular scale. The application prospects have been limited for reactions that require long soaking, heating, electric pulses or probe-tip press. Here we demonstrate a spatially selective photocycloaddition reaction of a two-dimensional molecular network with defect-free basal plane of single-layer graphene. Directly visualized at the submolecular level, the cycloaddition is triggered by ultraviolet irradiation in ultrahigh vacuum, requiring no aid of the graphene Moiré pattern. The reaction involves both [2+2] and [2+4] cycloadditions, with the reaction sites aligned into a two-dimensional extended and well-ordered array, inducing a bandgap for the reacted graphene layer. This work provides a solid base for designing and engineering graphene-based optoelectronic and microelectronic devices.

DOI: 10.1038/s41557-020-0540-2

Source: https://www.nature.com/articles/s41557-020-0540-2

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