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张锦、刘忠范课题组在少层石墨双炔薄膜制备方

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2018-08-10 14:37   浏览:

张锦、刘忠范课题组在少层石墨双炔薄膜制备方

  图一:石墨烯上少层石墨双炔薄膜的合成过程及相应的表征结果,薄膜厚度为1.74 nm(包含单层石墨烯的厚度)

  针对以上问题,北京大学张锦课题组、刘忠范课题组提出了以石墨烯为模板的少层石墨双炔薄膜的液相范德华外延生长法。以原子级平整的二维石墨烯为基底,采用极低的单体浓度(0.04 mM),在室温下进行偶联反应,通过溶液相范德华外延的方法,成功制备得到了大面积均匀连续的高质量、少层石墨双炔薄膜,高分辨透射电镜和光谱表征证实了其高质量单晶结构。结合理论分析,确认了该石墨双炔薄膜为ABC堆垛的三层结构。电子衍射显示石墨双炔/石墨烯薄膜具有两套单晶衍射点,分别对应于石墨双炔和石墨烯的单晶衍射图案,结果表明生长在石墨烯上的石墨双炔与下层石墨烯的晶格取向夹角为14°。

  为此,福建省一方面着力整合创新力量,促进协同发展。通过举办研讨会、展览会、论坛等活动搭建合作平台,创造条件吸引优秀专家和企业进行技术对接,整合厦门大学、中科院海西所、骨干企业等创新科研力量,建立企业与企业、企业与科研院所技术合作渠道,形成协同创新、联合攻关的发展环境。

  图二:石墨烯上少层石墨双炔薄膜的高分辨透射电镜表征结果,结合理论模拟,确认了该石墨双炔薄膜为ABC堆垛的三层结构

  石墨烯上范德华外延生长石墨双炔薄膜的方法可以被扩展到其他二维材料基底。为了研究石墨双炔薄膜的电学性质,他们在六方氮化硼基底上进行了石墨双炔薄膜的合成尝试,并对得到的少层石墨双炔薄膜的电学性质进行了初步测定。实验结果表明,石墨双炔薄膜具有良好的导电性(计算其电导率为3180 S m-1),并表现出一定的半导体性质。

  新型低维碳材料的探索与制备是纳米碳材料领域的重要挑战。石墨炔(Graphyne)是一种二维(2D)碳的同素异形体材料,由sp和sp2两种杂化态的碳原子共同构成,在二维平面内具有均一分布的孔洞结构,因此具有与富勒烯(0D),碳纳米管(1D)和石墨烯(2D)完全不同的骨架结构,同时,炔键的存在也赋予了石墨炔与仅由sp2碳原子构成的碳材料不同的物理和化学性质。例如,科学家们预测石墨双炔(Graphdiyne, GDY)为具有潜力的纳米电子学材料,其带隙为0.44 eV - 1.47 eV,同时在室温下可以保持104-105 cm2 V-1s-1的高载流子迁移率。此外,大的π-共轭体系和有序多孔的拓扑结构,使其在催化、能源和气体分离等领域展现出巨大的应用前景。

  光大证券认为,方大碳素7月份公司净利润预计达到5亿元左右,高利润大概率持续到明年3月。根据市场价格测算,我们估算公司7月份单月的净利润达到5亿元左右,而且这个利润级别大概率有望维持到明年年中,主要原因是:(1)“取暖季”期间,华北石墨电极厂家可能面临更为严厉的减产;(2)原材料针状焦的供给已非常紧缺了。取暖季一般是11月15日-3月15日,这期间全国石墨电极重镇华北有可能减产50%以上,会支撑行业的高价格和高利润。针状焦有望成为公司投资的新亮点。受供求关系影响,超高功率(主要用在电炉钢)的核心原材料针状焦也步入有价无市的局面。7月12日锦州石化报价20000元/吨,山西宏特25000元/吨,宝钢化工16500元/吨。针状焦价格持续上涨预计会影响部分石墨电极企业的产量,但是对于方大炭素而言:(1)6万吨产能的针状焦项目(若全达产,将满足所需50%)将在6月份逐步投产;(2)公司是全国最大的针状焦进口商,量能够保证。针状焦未来有望成为方大炭素的新亮点。

  这一工作为石墨双炔结构的稳定存在提供了强有力的证据,同时为石墨双炔的基本性质研究以及石墨双炔薄膜的应用探索提供了合成基础。工作成果发表在Sci. Adv. , 2018, 4, eaat6378。工作受到了国家自然科学基金委、科技部国家重点研发计划、北京市科学技术委员会等资助项目的经费支持。

  单层或少层石墨双炔薄膜的控制合成是获取其本征结构和物性的前提,也是石墨双炔材料发展的核心问题。自从2010年中科院化学所的李玉良院士团队利用湿法化学的方法首次合成石墨双炔薄膜(厚度约为1 μm)以来,人们相继发展了一系列基于湿法化学的方法,尝试进一步提高石墨双炔薄膜的质量,但其合成过程中的关键科学问题仍函待解决:如何抑制单体中连接苯环和炔键的单键的自由旋转;如何满足基底表面与石墨炔的晶格匹配;如何控制单体分子在基底表面的聚集和成核。


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