石墨烯納米帶(GNRs)作為下一代半導體材料之一,引起了人們的注意。其電性能受寬度和邊緣的結構控制。現在有兩種方法加工GNR,“從上到下”,“從下到上”。“從下到上”的液相加工方法,可以大規模生產出設計結構的石墨烯納米帶。但由于化學合成的GNRs沒有側基和官能團,只有短烷基鏈,嚴重的限制了溶液加工性,因此需要更多的基礎研究。
【成果簡介】
最近,上海交通大學化學化工學院馮新亮教授和上海交通大學特別研究員麥亦勇(共同通訊作者)等在JACS上報道成果研發一種聚氧化乙烷功能化石墨烯納米帶,使得石墨烯納米帶在常見有機溶劑中溶解度有很大的提升,為研究GNRs的性能提供了可能:GNRs在常規溶劑中易聚集,從而影響了GNRs熒光發光現象;掃描探針顯微鏡發現PEO-GNR的自組裝行為;GNR為基體的薄膜型場效應晶體管的載流子遷移率可以達到0.3cm2/(Vs)等。
【圖文導讀】
圖1 聚環氧乙烷功能化石墨烯納米帶的合成路線圖
圖2 聚氧化乙烯功能化石墨烯納米帶結構和性能表征
聚氧化乙烯功能化石墨烯納米帶中的PEO的接枝率為46%,因此得到的GNRs在有機溶劑中表現出很強的分散性。由拉曼光譜譜圖a可知,GNRs的結構不會受到功能官能團的影響,依然表現出精確的小尺寸結構。
圖b表示的是不同功能化基團對GNRs的分散性的影響是不同的。在THF中溶解度可達1mg/mL(GNR為主),且分散穩定保持至少1天。GNR-COOCH3和GNR-COOH不能均勻分散在四氫呋喃中,超聲之后幾分鐘就會看到沉淀。GNR-COOCH3和GNR-COOH在THF中的最高溶解度分別為0.02mg/mL,0.05mg/mL. 由此作者得出,PEO-GRN在常規溶劑中有著良好的分散性。
圖c為紫外光譜圖,在四氫呋喃中,GNR-COOCHS,GNR-COOH,GNR-PEO的光譜沒有太大差別,而在水中,GNR-PEO有明顯的偏移,表明其結構出現了變化。
圖d表示PEO-GNR在水中GNR強的聚集作用使得熒光效應完全消失了。
【展望】
良好的分散性不僅為更深層次理解GNRs的物理化學性能提供了可能,還有很好的發展前景。因此,聚合物功能化提供了GNRs相關研究的發展機會。
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