新加坡国立大学：可变带隙的纳米多孔石墨烯的表面合成

　　调制纳米多孔石墨烯的带隙对于很多领域是被需求的，比如作为有机杂化器件中的电荷传输层。该领域的关键是能够合成具有可变孔径和可调带隙的2D纳米多孔石墨烯。这里，表面合成了具有可变带隙的纳米多孔石墨烯。两种类型的纳米多孔石墨烯通过分级C-C耦合合成，并通过低温扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜进行验证。纳米多孔石墨烯-1是非平面的，纳米多孔石墨烯-2是单原子厚的平面薄片。扫描隧道光谱测量结果表明，纳米多孔石墨烯-2 的带隙为 3.8 eV， 而纳米多孔石墨烯-1 的带隙更大，为 5.0 eV。第一性原理计算表明，大带隙打开得益于孔隙产生和非平面结构引起的π电子限制效应。该研究发现表明，通过引入纳米孔或扭曲的结构，半金属石墨烯可被转化为半导体纳米多孔石墨烯-2 或绝缘宽带隙纳米多孔石墨烯-1。

Figure 1. Au(111)表面自组装的HBPB单层膜。a) Au(111)表面自组装的HBPB前体单层的大面积STM图像，设定点:V = -0.6 V，I = 50 pA，尺寸:20 nm× 20 nm。b)HBPB前体的原子分辨率STM图像，设定点: V = -0.6 V，I = 50 pA，尺寸:4.5 nm × 4.5 nm。c)对应于图(b)中蓝线的横截面轮廓。d)4个HBPB分子的堆积构型，插入HBPB分子的侧视图，并用三角形蓝色虚线标记三个Br-Br卤键。

Figure 2. 纳米多孔石墨烯的表面合成。a)分别通过乌尔曼偶联和脱氢作用表面辅助合成纳米多孔石墨烯-1和纳米多孔石墨烯-2的示意图；b) STM图像和c)放大STM图像；d)STM图像和e)放大的STM图像；f，g)纳米多孔石墨烯-2相应的nc-AFM图像。

Figure 3．合成的纳米多孔石墨烯具有很大的带隙。a)纳米多孔石墨烯-1的STS，设定点:V = 1.0 V，I = 60 pA；b)纳米多孔石墨烯-2的STS, 设定点:V = 1.0 V，I = 40 pA。

Figure 4．三种结构的理论电子性质。a)HBPB单体、b)纳米多孔石墨烯-1和c)纳米多孔石墨烯-2的优化原子结构。上图:俯视图，下图:侧视图，其中红色、紫色和浅蓝色实心球分别表示Br、C和H原子。d)单个HBPB单体、e)纳米多孔石墨烯-1和f)纳米多孔石墨烯-2的计算PDOSs。

　　该研究工作由新加坡国立大学Andrew T. S. Wee课题组于2021年发表在Small期刊上。

原文：On-Surface Synthesis of Variable Bandgap Nanoporous Graphene。