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 調節納米多孔石墨烯的帶隙對于諸如有機雜化器件中的電荷傳輸層等應用是可取的。該領域的關鍵是能夠合成具有可變孔徑和可調帶隙的2D納米多孔石墨烯。

有鑒于此，近日，新加坡國立大學Andrew T. S. Wee教授，吳繼善教授以及香港理工大學楊明助理教授（共同通訊作者）等合作展示了具有可變帶隙的納米多孔石墨烯的表面合成。兩種類型的納米多孔石墨烯通過分級C-C耦合合成，并通過低溫掃描隧道顯微鏡和非接觸式原子力顯微鏡進行驗證。納米多孔石墨烯-1是非平面的，納米多孔石墨烯-2是單原子厚的平面薄片。掃描隧道光譜測量顯示，納米多孔石墨烯-2的帶隙為3.8 eV，而納米多孔石墨烯-1的帶隙更大，為5.0 eV。通過第一性原理計算證實，大帶隙打開是由孔隙產生和非平面結構引起的π電子限制控制的。該發現表明，通過引入納米孔或扭曲結構，半金屬性的石墨烯被轉化為半導體性的納米多孔石墨烯-2或絕緣的寬帶隙納米多孔石墨烯-1。通過合理設計具有更高前驅體擴散系數的表面反應，可以實現均勻連續的納米多孔石墨烯。

圖1. Au(111)上通過三重Br-Br鹵素鍵穩定的HBPB自組裝單層。

圖2. 納米多孔石墨烯的表面合成。

圖3. 合成的納米多孔石墨烯中的大帶隙打開。

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圖4. 三種結構的理論電子特性。

圖5. 理論部分電荷密度和Clar結構分析。