《Science》重磅！科学家首次在非金属表面直接合成石墨烯

撰稿：科技报告服务与产业情报研究中心 熊书玲 博士

导读: 2019年1月4日，《Science》报道了科研人员利用“HF（氟化氢）-拉链”策略首次直接在二氧化钛（TiO2）表面制备出石墨烯，这一高效率的策略使直接在绝缘体及半导体表面合成石墨烯成为现实。

通过在单晶金属表面辅助C-C键耦合而合成的碳基纳米结构，包括富勒烯和富勒烯片段的单体异构体、纯手性碳纳米管、原子精度的纳米石墨烯和边缘清晰的石墨烯纳米带。在大多数的实际应用中，碳基纳米结构都必须要转移到绝缘或半导体表面上。然而长期以来，在非金属表面直接合成纳米石墨烯和碳纳米带一直是一项难以实现的技术。

近日，波兰雅盖隆大学和美国橡树岭国家实验室M. Kolmer教授和德国埃朗根-纽伦堡大学K. Amsharov团队的科研人员在《Science》上联合发表了题为“Fluorine-programmed nanozippingto tailored nanographenes on rutile TiO2 surfaces”的研究论文。研究人员发现C（碳）-F（氟）的活化是一种可靠且通用的工具，能够直接在金属氧化物表面实现分子内芳基-芳基耦合。由C-F键活化实现的多步转化导致了多米诺式的耦合，并直接在金红石型TiO2表面生成了定制的石墨烯。由于有效的区域选择性拉链，可以从柔性的多环芳烃前驱体中获得目标石墨烯。前驱体结构中F的位置决定了“拉链程序”的运行，从而导致了低聚亚苯基链的卷起。结果表明金红石型TiO2表面参与了前驱体的环脱氢氟化反应，并反映了环脱氢氟化在这一过程中的关键作用。

HF-拉链过程

这一高效率的HF-拉链策略使在绝缘体及半导体表面直接合成石墨烯成为现实。该研究结果为在绝缘或半导体表面上，通过表面合成方法直接定制设计碳基纳米结构提供了重要途径。