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石墨烯家族又添新成员?石墨烷、石墨炔、石墨醚,傻傻分不清!
2019年11月25日 发布 分类:技术前沿 点击量:204
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近日,南京邮电大学刘春生教授课题组理论研究了超共轭效应对二维材料的能带、力学及电学性质的影响。借鉴“自下而上”组装石墨烯的方法,作者将具有超共轭效应的甲醚分子组装成新型的二维碳氧化合物,并命名为“石墨醚(graphether)”。

研究成果Graphether: a two-dimensional oxocarbon as a direct wide-band-gap semiconductor with high mechanical and electrical performancesDOI: 10.1039/C9NR08071F.发布在Nanoscale期刊。

(a) 石墨醚2x2超胞的三种视图;(b) 石墨醚的声子谱曲线。

石墨醚具有优异的动力学和热力学稳定性,是直接带隙宽禁带半导体(能隙2.39 eV),具有良好的紫外光区响应性。此外,其在-10%―10%的单轴或双轴应变下仍可保持直接带隙特征。由于超共轭效应,石墨醚armchair方向的面内刚度(459.8 N m-1)超过了石墨烯(342 N m-1)。相比于氢化、氟化石墨烯较低的载流子迁移率(101-2550px2V-1s-1),石墨醚的电子迁移率在armchair和zigzag两个方向均达到了2575px2V-1s-1。上述优越性质使石墨醚材料有望在纳电子和光伏器件中得到应用。

石墨醚不仅是直接带隙宽禁带半导体,而且还具有高的面内刚度和电子迁移率。此外,Pt(100)被证明是一种潜在的自底向上合成石墨醚的衬底。这些结果有望为设计及制备具有超共轭效应的类石墨烯材料提供新的思路,并推动它们在下一代电子和光电器件方面的创新应用。

来源:南京邮电大学刘春生教授课题组

拓展阅读:

石墨烷

简单说就是来自于石墨烯的加氢,每个碳原子旁引入一个氢原子;石墨烷类似石墨烯,是一种二维的烷烃,其名称也是根据有机化学的命名法则,意为饱和的碳氢化合物。研究人员称,虽然纯净石墨烯的化学性质极为稳定,但他们发现,氢原子可与其发生反应,将高度导电的石墨烯材料变成了绝缘特性的石墨烷新材料。该实验证明了可以通过化学方法改变石墨烯的性能,这为制备其他基于石墨烯的化学衍生物铺平了道路。与石墨烷类似的还有引入氟、氮杂化的石墨烯衍生物。

此外,对应于石墨烷的氢化完全,当石墨烯上的氢化不完全时,称为氢化石墨烯hydrogenated graphene,还原氧化石墨烯进行氢化也包括内)。氢化石墨烯能表现出一定的铁磁性和可根据氢化程度调控的能带结构。此外,由于可以发生可逆的氢化和脱氢,因而该材料也被认为是一种有前景的储氢材料。

石墨炔

2010年,中科院化学所有机固体院重点实验室李玉良院士团队的科研人员首次合成了石墨炔,开辟了碳材料的新领域。石墨炔是由1,3-二炔键将苯环共轭连接形成二维平面网络结构的全碳分子,具有丰富的碳化学键,大的共轭体系、宽面间距、优良的化学稳定性和半导体性能,有望可以广泛应用于电子、半导体以及新能源领域。


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