基础科学研究所
使用传统的自上而下方法生产多孔石墨烯
产生的孔洞的大小和分布不均匀
学分:基础科学研究所 钻石和石墨是两种天然存在的碳同素异形体，我们已经知道了几千年
它们是元素碳，其排列方式使得它们分别由sp3和sp2杂化碳原子组成
最近，各种其他碳同素异形体材料的发现，如石墨烯、富勒烯、碳纳米管、石墨炔和石墨炔，已经彻底改变了现代纳米材料科学
特别是，石墨烯研究在现代化学和物理领域取得了重大进展，因为它具有迷人的特性
石墨烯被吹捧为一种神奇的材料，由于其特殊的电子迁移率特性，可能会彻底改变半导体行业
尽管大肆宣传，但我们的文明似乎还远远没有从硅时代过渡到石墨烯时代
在电子学中使用石墨烯的主要挑战是石墨烯的零带隙电子结构
这使得无法关闭石墨烯基晶体管，从而限制了它们在半导体行业的应用
虽然有可能通过掺杂或功能化石墨烯来克服这种限制，但人们对寻找新型2D碳同素异形体也很感兴趣，这些同素异形体具有优异的半导体性质，例如适当的能带隙和高迁移率
最近，研究人员发现，通过在石墨烯或石墨烯氧化物的结构中制造许多空穴，可以赋予其许多适合半导体的特性
这种新型材料被称为“多孔石墨烯”
“与石墨烯、γ-石墨炔或石墨炔相比，多孔石墨烯不仅具有理想的2D半导体性质，还具有非线性sp键和特殊的π共轭结构，在光电、能量收集、气体分离、催化、水修复、传感器和能源相关领域具有广阔的应用前景
到目前为止，多孔石墨烯已经在实验室中生产出来，首先合成石墨烯，然后对石墨烯进行物理、化学或水热处理，在结构中刺穿许多孔
然而，这种自上而下的生产方法有其局限性，因为“孔”的大小和分布不均匀且难以控制
在副主任Lee Hyoyoung的领导下，来自韩国基础科学研究所集成纳米结构物理中心(CINAP)的研究人员开发了一种自下而上的方法来制造这种材料
该小组首次设计了一种方法，一个原子一个原子地构建拓扑2D碳材料
使用自下而上合成法生产的多孔石墨(HGY)
HGY的分子结构与交替连接的苯环和C≡C键高度一致，由六顶点和高度应变的八顶点环以及相等百分比的sp2和sp杂化碳原子组成
学分:基础科学研究所 这种新的二维单晶材料被该小组命名为“多孔石墨”(HGY)
HGY由苯环和C≡C键之间交替连接组成，由六顶点和高度应变的八顶点环以及相等百分比的sp2和sp杂化碳原子组成
“我们受到了一种有趣分子二苯并环辛二炔的启发，这种分子是由Sondheimer及其同事在1974年首次合成的
在二苯并环辛二炔中，两个芳香苯环通过两个弯曲的炔键连接，形成高度张紧的八元环
这个令人兴奋的分子启发我们设计和合成新的碳同素异形体，这种材料的版本，即holey-graphyne，”副主任李说
研究组以1，3，5-三溴-2，4，6-三乙炔基苯为原料，成功制备了超薄单晶HGY
然后在由水和二氯甲烷组成的两种溶剂体系的界面之间合成了单原子层薄HGY
新的HGY显示出大约1的直接带隙
1 eV和优异的计算载流子迁移率，使其适合作为半导体材料
这一新发现不仅首次证明了超薄单晶HGY的合成，而且为这种新型2D碳同素异形体的设计和合成提供了一个新概念
人们希望未来HGY在半导体工业中的应用将为超越硅时代的新一代电子学铺平道路
这项研究发表在《物质》杂志上
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