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據(jù)悉， 2019年1月4日，《Science》報(bào)道了科研人員利用“HF（氟化氫）-拉鏈”策略首次直接在二氧化鈦（TiO2）表面制備出石墨烯，這一高效率的策略使直接在絕緣體及半導(dǎo)體表面合成石墨烯成為現(xiàn)實(shí)。

通過(guò)在單晶金屬表面輔助C-C鍵耦合而合成的碳基納米結(jié)構(gòu)，包括富勒烯和富勒烯片段的單體異構(gòu)體、純手性碳納米管、原子精度的納米石墨烯和邊緣清晰的石墨烯納米帶。在大多數(shù)的實(shí)際應(yīng)用中，碳基納米結(jié)構(gòu)都必須要轉(zhuǎn)移到絕緣或半導(dǎo)體表面上。然而長(zhǎng)期以來(lái)，在非金屬表面直接合成納米石墨烯和碳納米帶一直是一項(xiàng)難以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。

近日，波蘭雅蓋隆大學(xué)和美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室M. Kolmer教授和德國(guó)埃朗根-紐倫堡大學(xué)K. Amsharov團(tuán)隊(duì)的科研人員在《Science》上聯(lián)合發(fā)表了題為“Fluorine-programmed nanozippingto tailored nanographenes on rutile TiO2 surfaces”的研究論文。研究人員發(fā)現(xiàn)C（碳）-F（氟）的活化是一種可靠且通用的工具，能夠直接在金屬氧化物表面實(shí)現(xiàn)分子內(nèi)芳基-芳基耦合。由C-F鍵活化實(shí)現(xiàn)的多步轉(zhuǎn)化導(dǎo)致了多米諾式的耦合，并直接在金紅石型TiO2表面生成了定制的石墨烯。由于有效的區(qū)域選擇性拉鏈，可以從柔性的多環(huán)芳烴前驅(qū)體中獲得目標(biāo)石墨烯。前驅(qū)體結(jié)構(gòu)中F的位置決定了“拉鏈程序”的運(yùn)行，從而導(dǎo)致了低聚亞苯基鏈的卷起。結(jié)果表明金紅石型TiO2表面參與了前驅(qū)體的環(huán)脫氫氟化反應(yīng)，并反映了環(huán)脫氫氟化在這一過(guò)程中的關(guān)鍵作用。

HF-拉鏈過(guò)程

這一高效率的HF-拉鏈策略使在絕緣體及半導(dǎo)體表面直接合成石墨烯成為現(xiàn)實(shí)。該研究結(jié)果為在絕緣或半導(dǎo)體表面上，通過(guò)表面合成方法直接定制設(shè)計(jì)碳基納米結(jié)構(gòu)提供了重要途徑。