石墨烯納米帶的有機(jī)

原子級(jí)精度的石墨烯納米帶（GNRs）憑借度可調(diào)的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性和載流子傳輸特性，使其應(yīng)用。目前，GNRs的化學(xué)是先將設(shè)計(jì)的有機(jī)分子沉積在晶體基底上，后在真空（UHV）條件下進(jìn)行表面催化反應(yīng)。的是基于分子內(nèi)C-C鍵的形成，通過(guò)熱引發(fā)的脫氫環(huán)化反應(yīng)進(jìn)行環(huán)化，而在環(huán)化反應(yīng)前行分子間的C-C鍵偶聯(lián)（即前體單元的縮聚反應(yīng)）。據(jù)曾報(bào)道的兩步法策略，可在貴金屬表面上GNRs。但金屬基底的固有性質(zhì)也會(huì)給后續(xù)GNRs結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用帶來(lái)麻煩。

針對(duì)這一問(wèn)題，科研用紐倫堡大學(xué)教授和科研用ORNL等研究發(fā)現(xiàn)——多環(huán)芳烴前體的分子內(nèi)芳基-芳基偶聯(lián)可通過(guò)在多種金屬氧化物上活化前體的C-F鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)氟代芳烴前體的結(jié)構(gòu)，通過(guò)熱引發(fā)的順序脫氫氟環(huán)化反應(yīng)進(jìn)行環(huán)化，使其在金屬氧化物表面上直接納米石墨烯或者GNRs。

經(jīng)對(duì)柔性氟代芳烴前體上C-F鍵位置的巧妙選擇，使C-F鍵可在金紅石二氧化鈦表面上順序活化，實(shí)現(xiàn)了分子內(nèi)“多米諾”式區(qū)域選擇性脫氫氟環(huán)化反應(yīng)，直接納米石墨烯。

在此基礎(chǔ)上，重設(shè)計(jì)多環(huán)芳烴前體結(jié)構(gòu)，引入縮聚反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了直接在半導(dǎo)體金屬氧化物表面上原子級(jí)精度的GNRs。多環(huán)芳烴前體（1）上帶有C-Br鍵、C-F鍵，先發(fā)生C-Br鍵活化進(jìn)行縮聚反應(yīng)，完成分子間的C-C鍵偶聯(lián)；隨后是C-F鍵活化，進(jìn)行脫氫氟環(huán)化反應(yīng)；后進(jìn)行脫氫環(huán)化反應(yīng)，得到GNRs（4）（圖2）。在隧道顯微鏡（STM）和光譜法下，所的是具有鋸齒形邊緣的平面扶手椅型GNRs，同時(shí)也揭示了GNRs與金紅石型TiO2基底之間的弱相互作用。