近日，南京郵電大學(xué)劉春生教授課題組理論研究了超共軛效應(yīng)對(duì)二維材料的能帶、力學(xué)及電學(xué)性質(zhì)的影響。借鑒“自下而上”組裝石墨烯的方法，作者將具有超共軛效應(yīng)的甲醚分子組裝成新型的二維碳氧化合物，并命名為“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 performances”DOI: 10.1039/C9NR08071F.發(fā)布在Nanoscale期刊。

(a) 石墨醚2x2超胞的三種視圖；(b) 石墨醚的聲子譜曲線。

石墨醚具有優(yōu)異的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性，是直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體（能隙2.39 eV），具有良好的紫外光區(qū)響應(yīng)性。此外，其在-10%―10%的單軸或雙軸應(yīng)變下仍可保持直接帶隙特征。由于超共軛效應(yīng)，石墨醚a(bǔ)rmchair方向的面內(nèi)剛度（459.8 N m-1）超過(guò)了石墨烯（342 N m-1）。相比于氫化、氟化石墨烯較低的載流子遷移率（101-2550px2V-1s-1），石墨醚的電子遷移率在armchair和zigzag兩個(gè)方向均達(dá)到了2575px2V-1s-1。上述優(yōu)越性質(zhì)使石墨醚材料有望在納電子和光伏器件中得到應(yīng)用。

石墨醚不僅是直接帶隙寬禁帶半導(dǎo)體，而且還具有高的面內(nèi)剛度和電子遷移率。此外，Pt(100)被證明是一種潛在的自底向上合成石墨醚的襯底。這些結(jié)果有望為設(shè)計(jì)及制備具有超共軛效應(yīng)的類石墨烯材料提供新的思路，并推動(dòng)它們?cè)谙乱淮娮雍凸怆娖骷矫娴膭?chuàng)新應(yīng)用。

來(lái)源：南京郵電大學(xué)劉春生教授課題組

拓展閱讀：

石墨烷

簡(jiǎn)單說(shuō)就是來(lái)自于石墨烯的加氫，每個(gè)碳原子旁引入一個(gè)氫原子；石墨烷類似石墨烯，是一種二維的烷烴，其名稱也是根據(jù)有機(jī)化學(xué)的命名法則，意為飽和的碳?xì)浠衔铩Ｑ芯咳藛T稱，雖然純凈石墨烯的化學(xué)性質(zhì)極為穩(wěn)定，但他們發(fā)現(xiàn)，氫原子可與其發(fā)生反應(yīng)，將高度導(dǎo)電的石墨烯材料變成了絕緣特性的石墨烷新材料。該實(shí)驗(yàn)證明了可以通過(guò)化學(xué)方法改變石墨烯的性能，這為制備其他基于石墨烯的化學(xué)衍生物鋪平了道路。與石墨烷類似的還有引入氟、氮雜化的石墨烯衍生物。

此外，對(duì)應(yīng)于石墨烷的氫化完全，當(dāng)石墨烯上的氫化不完全時(shí)，稱為氫化石墨烯（hydrogenated graphene，還原氧化石墨烯進(jìn)行氫化也包括內(nèi)）。氫化石墨烯能表現(xiàn)出一定的鐵磁性和可根據(jù)氫化程度調(diào)控的能帶結(jié)構(gòu)。此外，由于可以發(fā)生可逆的氫化和脫氫，因而該材料也被認(rèn)為是一種有前景的儲(chǔ)氫材料。

石墨炔

2010年，中科院化學(xué)所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李玉良院士團(tuán)隊(duì)的科研人員首次合成了石墨炔，開(kāi)辟了碳材料的新領(lǐng)域。石墨炔是由1，3-二炔鍵將苯環(huán)共軛連接形成二維平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的全碳分子，具有豐富的碳化學(xué)鍵，大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和半導(dǎo)體性能，有望可以廣泛應(yīng)用于電子、半導(dǎo)體以及新能源領(lǐng)域。