Advanced Materials:表面合成石墨烯纳米带的调控工程

石墨烯自发现以来就引起了人们极大的关注。但是它是一种零带隙材料,极大地限制了其在电子器件中的应用。掺杂石墨烯和双层石墨烯等方案可以打开石墨烯带隙,但是这些方法都有其固有缺点。为了实现石墨烯的光电器件的广泛应用,制备有限宽度的石墨烯纳米带是打开其带隙的一种有效方案。近年来,研究人员开发了诸多方法来实现石墨烯纳米带的制备,主要分为两大类:自上而下和自下而上的制备方法。自上而下的合成方法(如由切割石墨烯片形成石墨烯纳米带等)不易实现对纳米带宽度和边缘结构等的有效控制,这极大地影响了其质量。自下而上的合成方法也有多种,例如溶液法合成,该方法相对表面合成的石墨烯纳米带而言更难直接表征其边缘结构等。表面合成石墨烯纳米带易于可控制备,便于表征,是一种有效的制备方法。

中国科学院化学研究所于贵课题组全面综述了石墨烯纳米带的表面合成策略。阐述了制备石墨烯纳米带的两大要素:前驱体和生长衬底,并总结了通过选择不同的前驱体和生长衬底可以获得不同结构的石墨烯纳米带。其次,总结了不同宽度、边缘结构和骨架结构的石墨烯纳米带的制备策略,主要涉及扶手椅型(armchair)、锯齿形(zigzag)、手性(chiral)和人字形(chevron)结构的石墨烯纳米带,展示了通过表面合成技术可以有效地实现纳米带的宽度、边缘和骨架结构的调控,从而调控其内在的能带结构。此外,还介绍了多种杂原子掺杂的石墨烯纳米带和不同类型的石墨烯纳米带异质结结构的制备策略,这些类型的纳米带可以直接在原子级水平调控石墨烯纳米带的内部电子结构。最后,总结了使用石墨烯纳米器件的制备和性能特征,说明了表面合成的石墨烯纳米带具有相对较好的器件性能,但在纳米带制备及其器件制备中仍有发展空间。

研究者相信,表面合成石墨烯纳米带有利于促进石墨烯基材料的研究,特别是在其光电器件研究方面。相关论文在线发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201905957)上,第一作者为研究生周夏鸿。