戰(zhàn)勝傳統(tǒng)外延法的短板

低維的碳同素異形體由于極好的性質(zhì)和諸多潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。其中，石墨炔（GDY）具有適中的帶隙和室溫下的高電子遷移率，且其高度π共軛體系和有序的多孔結(jié)構(gòu)有希望應(yīng)用于催化、氣體分離、能源等領(lǐng)域。但是在聚合過程中，1）單體中炔烴基與苯環(huán)之間橋連的單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致生長非平面的晶體框架；2）傳統(tǒng)外延生長法要求GDY與基底材料晶格適配；3）Ehrlich-Schwoebel（ES）能壘導(dǎo)致單體分子在外延層上富集并成核，促使面外的層層堆疊。因此，制備真正意義上的二維GDY仍然困難重重。

為了解決這一難題，北京大學(xué)的劉忠范教授、張錦教授、童廉明副研究員及阿卜杜拉國王科技大學(xué)的韓宇教授課題組共同提出一種簡單的液相范德華外延的方法，成功在石墨烯基底上生長出二維的超薄單晶GDY膜。在合成過程中，由于六乙炔基苯（HEB）單體與石墨烯基底的結(jié)合能高于GDY，這些單體在熱動力學(xué)上更傾向于優(yōu)先吸附在石墨烯上進(jìn)行面內(nèi)的埃格林頓耦合反應(yīng)。同時，這種基于范德華作用的外延生長極大地減弱晶格失配和ES能壘的影響，而且以原子級平整的石墨烯為基底使得GDY傾向于在面內(nèi)耦合構(gòu)筑成平整結(jié)構(gòu)。此外，理論計算與高分辨表征等結(jié)果表明石墨炔具有ABC堆垛結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性優(yōu)異等性質(zhì)。

低維碳材料合成問題迎刃而解

本文提出的新穎的液相范德華外延方法，通過選擇合適的單體和基底，為設(shè)計和合成其他不同程度sp和sp2雜化的二維乙炔碳的同素異形體提供了思路。本文方法新穎，設(shè)計獨特，使得該工作成功發(fā)表在Sci. Adv.上。

來源：二維加

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