哈工大首次实现石墨烯光致精准功能化

近日，哈尔滨工业大学（简称“哈工大”）化工与化学学院于淼教授课题组在石墨烯功能化方面取得了重要进展。该工作为石墨烯光致精准功能化的首例，通过精细调控局域杂化模式打开石墨烯带隙，首次在原子尺度实现了石墨烯的二维长程有序功能化，为石墨烯基二维材料在电子和光电器件应用方面的关键难题提供了有效解决方法。

石墨烯自2004年被发现以来便以其优异的性能而引起了广泛关注。作为一种零带隙的半导体材料，石墨烯具有极高的载流子迁移率和特殊的输运特性，在场效应晶体管、光伏电池、液晶显示等领域具有良好的应用前景。

然而，石墨烯的零带隙限制了其实际应用的可能性。尽管在过去的十几年间，已有多种方法用于石墨烯功能化进而打开带隙，如掺杂外来原子、修饰纳米颗粒、制造纳米结构石墨烯、表面吸附等，长程有序原子级精准调制石墨烯局域杂化仍旧是世界性难题。

为了解决该问题，哈工大研究团队采用了带有马来酰亚胺和双羧酸基团的BCM分子，在单层石墨烯表面以分子间双氢键形成满覆盖二维延展有序网络，通过紫外辐照在超高真空条件下触发分子网与石墨烯基面间的光致环加成反应。

该光致反应可精确调制石墨烯局域杂化模式，改变石墨烯电子结构，有效引入带隙（170 meV）。不同于前人采用的长时间浸泡、加热、电脉冲和探针施压等反应触发方式，光致反应不仅为高吸热反应提供了实用的解决方案，其简便性、远程可控性、与其他光相关技术(如光刻)的兼容性更利于在电子和光电器件方面的实际应用。

作为第一个石墨烯与分子网反应的范例，该工作解锁了精确、长程有序调制石墨烯电子结构的高效途径，对进一步发展光诱导表面合成反应有重要意义。同时，这种对局部杂化的精准调控以及功能化后石墨烯的长程有序性为发展基于石墨烯的尖端纳电子和光电器件铺平了道路。

相关研究成果以“通过光致环加成反应长程有序原子级调控石墨烯杂化（Long-range ordered and atomic-scale control of graphene hybridization by photocycloaddition）”为题在线发表于《自然•化学》（Nature Chemistry）。

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