哈工大首次實現石墨烯光致精准功能化

近日，哈爾濱工業大學（簡稱“哈工大”）化工與化學學院于淼教授課題組在石墨烯功能化方面取得了重要進展。該工作為石墨烯光致精准功能化的首例，通過精細調控局域雜化模式打開石墨烯帶隙，首次在原子尺度實現了石墨烯的二維長程有序功能化，為石墨烯基二維材料在電子和光電器件應用方面的關鍵難題提供了有效解決方法。

石墨烯光致精准功能化圖片

石墨烯自2004年被發現以來便以其優異的性能而引起了廣泛關注。作為一種零帶隙的半導體材料，石墨烯具有極高的載流子遷移率和特殊的輸運特性，在場效應電晶體、光伏電池、液晶顯示等領域具有良好的應用前景。

然而，石墨烯的零帶隙限制了其實際應用的可能性。儘管在過去的十幾年間，已有多種方法用於石墨烯功能化進而打開帶隙，如摻雜外來原子、修飾納米顆粒、製造納米結構石墨烯、表面吸附等，長程有序原子級精准調製石墨烯局域雜化仍舊是世界性難題。

為了解決該問題，哈工大研究團隊採用了帶有馬來醯亞胺和雙羧酸基團的BCM分子，在單層石墨烯表面以分子間雙氫鍵形成滿覆蓋二維延展有序網路，通過紫外輻照在超高真空條件下觸發分子網與石墨烯基面間的光致環加成反應。

石墨烯光致精准功能化圖片

該光致反應可精確調製石墨烯局域雜化模式，改變石墨烯電子結構，有效引入帶隙（170 meV）。不同於前人採用的長時間浸泡、加熱、電脈衝和探針施壓等反應觸發方式，光致反應不僅為高吸熱反應提供了實用的解決方案，其簡便性、遠端可控性、與其他光相關技術(如光刻)的相容性更利於在電子和光電器件方面的實際應用。

作為第一個石墨烯與分子網反應的範例，該工作解鎖了精確、長程有序調製石墨烯電子結構的高效途徑，對進一步發展光誘導表面合成反應有重要意義。同時，這種對局部雜化的精准調控以及功能化後石墨烯的長程有序性為發展基於石墨烯的尖端納電子和光電器件鋪平了道路。

相關研究成果以“通過光致環加成反應長程有序原子級調控石墨烯雜化（Long-range ordered and atomic-scale control of graphene hybridization by photocycloaddition）”為題線上發表于《自然•化學》（Nature Chemistry）。

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