石墨烯納米帶可控合成與性質(zhì)研究

石墨烯受到了*科學(xué)家的廣泛關(guān)注。石墨烯是單原子層的石墨晶體薄膜，其晶格是由碳原子構(gòu)成的二維蜂窩結(jié)構(gòu)。一維尺度受限的石墨烯納米帶具有半導(dǎo)體性能，未來可能整合于高性能計(jì)算機(jī)芯片，增加芯片速度與效能、降低耗熱量。然而，制備寬度小于0 nm的石墨烯納米帶是目前首先要解決的科學(xué)問題?，F(xiàn)已報(bào)道的制備方法主要有光刻蝕法、化學(xué)法和有機(jī)合成法。相對(duì)于其他方法，通過自下而上的有機(jī)合成法可以制備具有確定結(jié)構(gòu)而且無(wú)缺陷的石墨烯納米帶， 并可以進(jìn)一步對(duì)石墨烯納米帶進(jìn)行功能化修飾。
 
    在國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在石墨烯納米帶的可控合成與性質(zhì)研究方面取得新進(jìn)展， 相關(guān)研究工作發(fā)表在近期的美國(guó)化學(xué)會(huì)志（J. Am. Chem. Soc. 2008， 30， 7970-7976）上。
 
    苝-3，4:9，0-四羧酸二酰亞胺（苝酰亞胺）是一類研究廣泛的光電材料，在有機(jī)發(fā)光二極管﹑太陽(yáng)能電池﹑有效應(yīng)晶體管等方面都得到廣泛應(yīng)用。從分子結(jié)構(gòu)上看，苝酰亞胺是由苝核和具有強(qiáng)吸電子能力的酰亞胺基團(tuán)構(gòu)成，其bay位提供了豐富的化學(xué)反應(yīng)的可能性。研究人員希望以苝酰亞胺為重復(fù)單元沿其bay位構(gòu)筑寬度受限（ nm左右）長(zhǎng)度可控的石墨烯納米帶。這類具有酰亞胺基團(tuán)功能化的石墨烯納米帶具有新穎的結(jié)構(gòu)、特殊的光電性質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值。
 
    前期工作中，研究人員開發(fā)了一種簡(jiǎn)單的合成方法，通過偶聯(lián)反應(yīng)將兩分子苝酰亞胺沿其bay位結(jié)合在一起，合成出二并苝酰亞胺。二并苝酰亞胺及其衍生物在可見光區(qū)有很寬的吸收和較高的摩爾消光系數(shù)，而且還具有*的得電子能力，是一類重要的n型光電材料（J. Am. Chem. Soc. 2007， 29， 0664—0665; Org. Lett.。 2008， 0， 2337-2340.）
 
    在以上工作基礎(chǔ)上， 研究人員發(fā)現(xiàn)四溴苝酰亞胺在碘化亞銅和L-的活化下可以實(shí)現(xiàn)多分子間的偶聯(lián)反應(yīng)，得到了不同尺度大小的并苝酰亞胺，實(shí)現(xiàn)了酰亞胺基團(tuán)功能化的石墨烯納米帶的化學(xué)合成，通過液相分離了兩種三并苝酰亞胺異構(gòu)體，進(jìn)一步地結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法和理論計(jì)算明確闡明了其結(jié)構(gòu)。此外，研究人員還系統(tǒng)地總結(jié)了苝酰亞胺和二并、三并苝酰亞胺的結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)、軌道能級(jí)及其由苝酰亞胺單元的增多所導(dǎo)致的變化規(guī)律。此規(guī)律的總結(jié)將有助于進(jìn)一步地預(yù)測(cè)和研究具有更多苝酰亞胺單元的石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，為其在有機(jī)光電器件上的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。