北京時間2018年7月6日，Science 子刊發(fā)表了北京大學(xué)張錦教授團(tuán)隊(duì)、劉忠范院士團(tuán)隊(duì)在石墨烯雙炔薄膜方面的突破性進(jìn)展，該研究內(nèi)容主要是發(fā)展了石墨雙炔薄膜的溶液相范德華外延生長法，分析并驗(yàn)證了其生長機(jī)理。同時，實(shí)現(xiàn)了石墨烯上單/少層石墨雙炔單晶薄膜的控制合成，并且系統(tǒng)地研究了其堆垛結(jié)構(gòu)和基本物性。

第一性原理計(jì)算結(jié)果表明石墨雙炔為半導(dǎo)體材料，其帶隙的計(jì)算值在0.44-1.47eV之間，在室溫下電子遷移率可以保持在10⁴-10⁵cm²V^-1s^-1之間。研究可知，石墨雙炔具有優(yōu)異的電子性質(zhì)，在具有較高的室溫載流子遷移率的同時，具有適宜的本征帶隙，彌補(bǔ)了石墨烯零帶隙無開關(guān)比的弱點(diǎn)。此外，大的π-共軛體系和有序多孔的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其在能源存儲與轉(zhuǎn)化，光催化和生物檢測等相關(guān)領(lǐng)域均具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

 制備決定未來！石墨雙炔的這些應(yīng)用價值激發(fā)了材料學(xué)家對其合成方法探究的熱情。近年來，利用溶液相中的表面聚合反應(yīng)，是石墨雙炔合成中的一大策略，相比于表面在位化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)，溶液中的偶聯(lián)反應(yīng)具有更高的選擇性。此外，溶液相合成可以實(shí)現(xiàn)大面積樣品的制備，是石墨雙炔可以實(shí)際應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。但是到目前為止仍然存在無法控制合成高質(zhì)量的層狀結(jié)晶樣品和單/少層石墨雙炔合成等問題。為解決上述問題，北京大學(xué)張錦、劉忠范課題組研究了一種石墨烯上少層石墨雙炔薄膜的液相范德華外延生長法。該方法主要從單體的設(shè)計(jì)、偶聯(lián)反應(yīng)的選擇以及如何實(shí)現(xiàn)在二維平面內(nèi)的偶聯(lián)反應(yīng)等幾方面來考慮進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

石墨烯上少層石墨雙炔薄膜的合成過程及相應(yīng)的表征分析

該研究通過石墨烯上液相范德華外延的方法，成功制備得到了少層、高質(zhì)量的石墨雙炔薄膜，對新型碳材料-石墨雙炔的基本性質(zhì)研究以及石墨雙炔薄膜的應(yīng)用探索具有重要的意義。此外，對北京石墨烯研究院（BGI）研制結(jié)構(gòu)及性能可控的石墨烯類薄膜及其產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。