于 璇, 劉 一, 葉雨萌, 肖勝雄

(上海師范大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海 200234)

0 引 言

碳是一種奇特的元素,能夠在納米級(jí)形成各種形態(tài),具有不同的物理化學(xué)性質(zhì),因此各種碳基納米材料以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、性能,以及廣泛的應(yīng)用前景引起了研究者們的普遍關(guān)注.縱觀碳基納米材料的發(fā)展史,從零維的富勒烯(C60)到一維的碳納米管(CNTs),再到二維的石墨烯,這些碳基納米材料的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了化學(xué)、物理學(xué)以及材料科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展.在很長(zhǎng)一段時(shí)間里,石墨烯一直被認(rèn)為是一種假設(shè)性的結(jié)構(gòu),無法單獨(dú)穩(wěn)定存在.直至2004年,GEIM和YUAN等[1-2]成功地從石墨中分離出石墨烯,從而證實(shí)它可以單獨(dú)存在,并因此獲得了2010年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),此后石墨烯迅速成為近年來研究最多的一種新興納米材料.

石墨烯是一種二維大平面結(jié)構(gòu),為了維持其自身的穩(wěn)定,很容易產(chǎn)生皺褶、起伏等結(jié)構(gòu)缺陷.因此,近年來研究者們開始著重研究石墨烯不同形態(tài)的衍生物.其中,石墨烯納米帶(GNRs)成為繼CNTs之后被廣泛關(guān)注的一類準(zhǔn)一維碳基納米材料.GNRs是指寬度小于50 nm的石墨烯條帶,其理論模型最初于1996年由FUJITA等[3-5]提出,以檢查石墨烯中的邊緣和納米級(jí)尺寸效應(yīng).由于其具有高載流子遷移率,石墨烯也被公認(rèn)為是納米電子學(xué)未來最有應(yīng)用前景的材料之一.盡管如此,在納米電子學(xué)中利用石墨烯的最大挑戰(zhàn)之一就是其缺乏足夠大的帶隙[6].因?yàn)闆]有帶隙,則難以關(guān)閉石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FETs),導(dǎo)致較小的開關(guān)比,所以石墨烯不能直接應(yīng)用于晶體管.要想在打開石墨烯帶隙的同時(shí)保證其載流子遷移率不下降,最好的辦法就是將石墨烯裁剪成寬度較小的GNRs.當(dāng)材料的尺寸變得等于材料中電子運(yùn)動(dòng)的特征長(zhǎng)度時(shí),材料的性質(zhì)在很大程度上取決于其尺寸和形狀.GNRs結(jié)構(gòu)引起的量子限域可以引入相當(dāng)大的帶隙,使得GNRs可以應(yīng)用于納米電子學(xué)中.雖然GNRs不具有石墨烯那樣易于器件化的平面結(jié)構(gòu),但它繼承了石墨烯的許多優(yōu)異性質(zhì),且由于GNRs特殊的邊緣限域效應(yīng),從而使其具有比石墨烯更靈活的可調(diào)節(jié)性質(zhì)和更大的實(shí)用價(jià)值.

圖1 不同類型的GNRs的結(jié)構(gòu)示意圖.

根據(jù)石墨烯的有限終止方式的不同,可以形成具有兩種不同邊緣幾何形狀的準(zhǔn)一維帶狀結(jié)構(gòu),即鋸齒邊緣型和扶手椅邊緣型(圖1)[7],它們分別被稱為鋸齒石墨烯納米帶(ZGNRs)和扶手椅石墨烯納米帶(AGNRs),并且二者顯示出非常不同的電子特性.理論計(jì)算表明,不同邊緣構(gòu)型的GNRs具有不同的電學(xué)性質(zhì),其帶隙寬度靈活可調(diào)[8-10].緊束縛模型認(rèn)為ZGNRs在費(fèi)米能級(jí)上具有特殊的局域邊緣態(tài),常表現(xiàn)為金屬性,而AGNRs沒有這種局域邊緣態(tài),其帶隙隨納米寬度的變化呈現(xiàn)特殊的變化規(guī)律.GNRs的化學(xué)反應(yīng)性與其寬度和邊緣手性也密切相關(guān),SHARMA[11]在研究GNRs的化學(xué)反應(yīng)性時(shí),發(fā)現(xiàn)AGNRs的化學(xué)反應(yīng)性隨其寬度的增加而增強(qiáng),而ZGNRs則相反,其化學(xué)反應(yīng)性隨其寬度的增加而降低.這是因?yàn)镚NRs的帶隙對(duì)C-H結(jié)合能有很大的影響.ZGNRs的反應(yīng)活性主要來自其特殊的邊緣態(tài)貢獻(xiàn),超窄的(寬度小于10 nm) ZGNRs的反應(yīng)活性是所有GNRs中最高的.不同類型的碳納米材料有不同的維度,通常C60是零維的,而石墨烯是二維的,具體的分類見圖2[12].

1 簡(jiǎn) 介

主要介紹了二維GNRs的制備方法.常見的納米材料和納米器件均采用自上而下或自下而上的技術(shù)制備,自上而下的方法是指通過沉積和蝕刻程序?qū)⒓{米材料印刷或轉(zhuǎn)移到所需的襯底上;而自下而上的方法是指通過自發(fā)或定向組裝形成納米結(jié)構(gòu)(圖3)[13].

圖2 不同類型的sp2雜化碳納米結(jié)構(gòu)的分子模型表現(xiàn)出不同的維度(0D,1D,2D和3D).

圖3 自下而上和自上而下的制備方法

1.1 自上而下的制備方法

到目前為止,人們對(duì)石墨烯的制備方法進(jìn)行了各種研究,取得了很多進(jìn)展,其基本思路可以分為兩種:一種是以天然石墨為原料,從大到小剝離得到單層的石墨烯材料;另一種是從碳原子出發(fā),從小到大合成GNRs.但如何大批量的制備高質(zhì)量石墨烯,仍然是學(xué)術(shù)界急需解決的問題.

自上而下的方法是目前較成熟的方法之一,該方法是把大的GNRs、石墨烯晶體、CNTs等通過一系列的方法變成所需尺寸的納米帶.這種方法不能提供均勻的超窄帶寬度和原子級(jí)精確邊緣,但是相比于自下而上的制備方法可以大規(guī)模的合成GNRs.如圖4所示,GNRs的制備方法可以簡(jiǎn)單總結(jié)為幾種[12]:(a) 多壁碳納米管(MWCNTs) 的嵌入-剝離方法,包括在液態(tài)NH3和Li中進(jìn)行處理,以及隨后使用HCl和熱處理的剝離方法;(b) 化學(xué)途徑方法,涉及可能破壞碳-碳鍵的酸反應(yīng),例如硫酸(H2SO4)和高錳酸鉀(KMnO4)作為氧化劑;(c) 催化方法,其中金屬納米粒子像剪刀一樣縱向“切割”CNTs;(d) 電學(xué)方法,讓電流通過CNTs;(e)物理化學(xué)方法,將CNTs嵌入聚合物基質(zhì)中,然后進(jìn)行Ar等離子體處理,得到的結(jié)構(gòu)是展開的碳納米管,如圖4(f)所示,進(jìn)一步得到GNRs.下面將具體從解卷CNTs法、催化反應(yīng)解離石墨烯法和石墨烯刻蝕法等方法詳細(xì)介紹如何制GNRs.

圖4 通過CNTs的解壓縮來制備GNRs的不同方法的示意圖.(a) 嵌入-剝離法;(b) 化學(xué)法;(c) 催化法;(d) 電化學(xué)法;(e) 物理化學(xué)法;(f) 展開的碳納米管

1.1.1 解卷CNTs法

由于GNRs在結(jié)構(gòu)上與CNTs相關(guān),CNTs可以被視為卷起的GNRs,因此可以通過縱向拉開CNTs來合成GNRs.而解卷CNTs的方法多種多樣,目前比較成熟的就是將CNTs通過一定的方式變成GNRs.解卷CNTs是利用外界作用將管狀CNTs切割成帶狀GNRs的方法.該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,并且所得GNRs尺寸均一、邊緣平整、缺陷低,因此在大規(guī)模制備高質(zhì)量GNRs領(lǐng)域呈現(xiàn)具體廣闊前景.CNTs是圓柱形碳同素異形體,有明確且可控的直徑,這使得它們成為精確尺寸GNRs的合適前體.

KOSYNKIN等[14]報(bào)道了一種基于溶液的氧化工藝以打開MWCNTs.他們首先將MWCNTs懸浮在濃H2SO4中,然后用KMnO4處理,將混合物在室溫下攪拌1 h,然后在55～70 ℃下再加熱1 h.該過程完成之后,納米帶的邊緣和表面上都會(huì)出現(xiàn)含氧物質(zhì),例如環(huán)氧化物、羰基、羧基和羥基,其機(jī)理見圖5[14].在此過程中,由于高錳酸鹽的氧化作用,烯烴被氧化,MWCNTs被解鏈成GNRs,如圖6(a)所示.經(jīng)過分離處理之后,收集最終產(chǎn)物并用掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)表征,這兩項(xiàng)測(cè)試結(jié)果都表明在剩余少量MWCNTs的情況下形成了GNRs.但是原始MWCNTs的直徑為40～80 nm,所產(chǎn)生的GNRs的寬度超過100 nm,如圖6(b)所示.大多數(shù)GNRs的厚度為1～3層,寬度為10～20 nm,如圖6(c)所示.圖6(d)清楚地表明了在納米顆粒的切割下,產(chǎn)生了部分展開的CNTs.然而,沿CNTs軸向和垂直于CNTs軸的方向都能夠觀察到切口,因此解卷的過程難以得到精確控制.

HUANG等[15]用KMnO4和H2SO4混合處理CNTs,沿著一個(gè)軸心將CNTs打開,得到寬度在100～500 nm的GNRs,如圖7[15]所示.這種方法雖然可以制備大量的GNRs,但是得到的GNRs不是半導(dǎo)體,其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用受到了一定的限制.

圖5 KMnO4氧化MWCNTs的解鏈機(jī)理

圖6[14] (a) 通過氧化過程解卷前和解卷后的MWCNTs的TEM圖像;(b) 通過氧化解卷過程 制成的GNRs的AFM圖像;(c) 沉積在基板上之后通過等離子體蝕刻MWCNTs制成的GNRs的AFM圖像;(d) 由金屬納米顆粒切割的MWCNTs的SEM圖像(由圓圈突出顯示)

圖7 CNTs逐級(jí)拉開形成GNRs的示意圖

1.1.2 催化反應(yīng)解離石墨烯

在二維材料的很多應(yīng)用中,需要先將石墨烯切割成特定的形狀.雖然它們可以在強(qiáng)氧化或者高能等離子體環(huán)境中進(jìn)行切割,但是為了保證石墨烯樣品的質(zhì)量,希望能在更溫和的條件下進(jìn)行切割.其中一種可能的途徑是使用金屬納米粒子作為催化劑,而金屬納米粒子催化的石墨烯切割存在新的機(jī)理,所以為了切割過程更加可控,需要對(duì)其機(jī)理進(jìn)行深入了解.前面所提到的在強(qiáng)氧化條件下進(jìn)行的解卷CNTs是被普遍接受的“拉鏈”定理,而這種定理無法解釋運(yùn)用金屬納米粒子來解離石墨烯過程中出現(xiàn)的諸多納米粒子效應(yīng).碳碳鍵可以通過催化反應(yīng)解離,因此通過沉積催化金屬顆?？梢詮氖┍∑星谐鍪┘{米結(jié)構(gòu).鐵(Fe)或鎳(Ni)的金屬顆粒在氫氣(H2)存在下可以與石墨烯相互作用并解離碳碳鍵.這種相互作用蝕刻石墨烯的方法會(huì)產(chǎn)生由C和H組成的氣體產(chǎn)物,例如甲烷(CH4).這一過程類似吃豆人游戲中的吃豆過程,因此相關(guān)的機(jī)理被稱為“吃豆人”機(jī)理.當(dāng)顆粒的切割路徑彼此平行而不是交叉時(shí),可以產(chǎn)生GNRs,并且寬度可以達(dá)到10 nm,具有明確的邊緣[16-18].切割路徑的方向性是有明確定義的,如暴露于金屬顆粒的石墨烯表面AFM圖像的示意圖所示(圖8[16]).圖8是該類反應(yīng)的示意圖,在典型的方法中,將氯化鎳(NiCl2)的水溶液旋涂到剝離的石墨烯表面上,然后在加熱板上烘烤讓溶劑蒸發(fā).再將處理過的樣品在H2/Ar氣流下進(jìn)行兩步處理:首先在500 ℃下退火以使Ni納米顆粒適當(dāng)?shù)爻珊?然后在1000 ℃下進(jìn)行切割.切割后,通過AFM觀察到具有明確角度的溝槽,表明切割過程是高度的各向異性.因此,該切割方法可用于合成具有良好可控邊緣結(jié)構(gòu)的GNRs.對(duì)于單層石墨烯,溝槽之間的角度主要是120°和60°,分別由圖9(a)和圖9(b)所示.因?yàn)檫@種方法不能預(yù)先確定切割方向,獲得的石墨烯納米結(jié)構(gòu)的形狀是各種各樣的,所以如果想要將該技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際中,則需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)工作來控制納米帶的形狀.

圖8 通過Ni納米顆粒切割石墨烯的示意圖

圖9[16] 金屬顆粒的石墨烯表面的不同部位沿(a) 120°和(b) 60°方向進(jìn)行切割后得到的石墨烯的AFM圖像

1.1.3 刻蝕法

圖10 (a)-(f) 為NWL制備GNRs的示意圖;(g) 為氧等離子體蝕刻之前(箭頭突出石墨烯片的邊緣)和(h) 之后的位于石墨烯薄片頂部的納米線蝕刻掩模的AFM圖像;(i) 去除掩模納米線的超聲處理后得到的GNRs的AFM圖像;(j),(k) 為來自合并和交叉納米線掩模的分支和交叉石墨烯納米結(jié)構(gòu)

納米線刻蝕法(NWL)是用氧等離子體刻蝕石墨烯,以納米線為掩膜板來制備GNRs.如圖10[19]所示,BAI等[19]將石墨烯沉積在硅(Si)基板上,在石墨烯上排列出納米線陣列,用氧等離子體進(jìn)行刻蝕,經(jīng)過超聲波降解處理得到GNRs.這種方法制得的GNRs具有較小的寬度,但是產(chǎn)率不高,無法大規(guī)模生產(chǎn).雖然刻蝕法制備的GNRs寬度小,雜質(zhì)少,電學(xué)性能好,但是難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高質(zhì)量、邊緣構(gòu)型和尺寸可控的制備,且這種方法使用的設(shè)備較復(fù)雜、昂貴.

1.2 自下而上的制備方法

對(duì)石墨烯或CNTs進(jìn)行原子精度可控的切割是一項(xiàng)艱難的工作,相比較而言,如若將欲構(gòu)建的GNRs看作是幾十或幾百甚至幾千個(gè)共軛大分子經(jīng)過“縫合”而相互連接,即自下而上法,這未嘗不是一種好的替代方法.自下而上的制備思路使得無論是傳統(tǒng)的基于溶液的聚合化學(xué),即濕法有機(jī)合成,還是新興的表面介導(dǎo)合成都在此占有一席之地,與自上而下的制備方法相比,其最大優(yōu)勢(shì)就在于能確保原子精度可控,從而降低因邊緣混亂造成的GNRs性質(zhì)的改變.

1.2.1 表面介導(dǎo)合成法

該方法是基于含兩個(gè)鹵素取代的分子,經(jīng)熱活化脫鹵,再自由基加成形成線性聚合物鏈,并借助表面輔助耦合環(huán)化脫氫,構(gòu)建完整的GNRs.通過分子前體生長(zhǎng)法,可以生產(chǎn)出不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和寬度的原子級(jí)精度的GNRs.

CAI等[20]在金(Au)(111)表面,用10,10′-二溴-9,9′-二十烯基單體通過兩步合成了N=7的納米帶,第一步是在200 ℃退火而熱活化,在該溫度下,脫鹵中間體具有足夠的熱能以沿著表面擴(kuò)散并在單體之間形成共價(jià)C-C鍵,進(jìn)而形成聚合物鏈;第二步則是在400 ℃中退火10 min,通過誘導(dǎo)聚合物鏈的分子內(nèi)環(huán)化脫氫,從而形成N=7的AGNRs.除此之外CAI等[20]還用類似的方法,選用6,11-二溴-1,2,3,4-四苯基三亞苯作為前體單體,制備了具有N=6和N=9的交替寬度的、周期為1.70 nm的V形GNRs和純扶手椅邊緣結(jié)構(gòu)(圖11[20]).

圖11 表面介導(dǎo)法合成N=7的扶手椅帶和V形納米帶

雖然表面輔助的GNRs合成能夠制備和表征具有不同寬度、邊緣結(jié)構(gòu)、雜原子摻雜和異質(zhì)結(jié)的原子精確GNRs,但是這種方法需要能夠產(chǎn)生特高真空度的復(fù)雜而昂貴的裝置,并且耗費(fèi)時(shí)間,不利于大規(guī)模制備,從而妨礙了其實(shí)際應(yīng)用.

1.2.2 濕法有機(jī)合成

利用自下而上的濕法有機(jī)合成制備GNRs的研究最早可追溯到1970年,當(dāng)時(shí)STILLE等[21]首次報(bào)道了嘗試合成由六邊形和五邊形的芳環(huán)組成的完全共軛梯形聚合物,雖然這種芳族梯形聚合物當(dāng)時(shí)不被認(rèn)為是GNRs,但它們的芳香族帶狀結(jié)構(gòu)確實(shí)可以被看作是具有確定缺陷的GNRs,當(dāng)時(shí)得到的梯型聚合物由于很強(qiáng)的π-π堆積相互作用,幾乎不溶解,因此并未確定其結(jié)構(gòu)特征.1993年,CHMIL等[22]報(bào)道了利用McMurry偶聯(lián)合成了僅由六元環(huán)組成的稱為“角多并苯”的完全共軛梯型聚合物,該聚合物被認(rèn)為是具有限定結(jié)構(gòu)的最窄的GNRs之一.

FOGEL等[23]通過化學(xué)計(jì)量控制的微波輔助Diels-Alder反應(yīng)構(gòu)建了具有重復(fù)單元中的剛性二苯并[e,l ]芘核的5個(gè)單分散線性聚苯基的同源系列化合物.通過加入多達(dá)6個(gè)二苯并[e,l]芘單元,在芳環(huán)骨架上的碳原子從132(n=1)提升至372(n=5)個(gè)(圖12[23]),隨后環(huán)化脫氫得到平面化的納米帶.含有132個(gè)碳原子的最低同系物具有足夠的可溶性可以被完全表征,而這些平面化分子(n> 2)的較高同系物的表征則由于其較低的溶解度而受到阻礙.

YANG等[24]從前體分子1,4-二碘-2,3,5,6-四苯基苯出發(fā),首次借助Suzuki-Miyaura聚合,設(shè)計(jì)出長(zhǎng)度達(dá)12 nm、n=9的扶手椅線性二維GNRs的新穎合成方法(圖13[24]),并用質(zhì)譜(MS)、紫外-可見光譜(UV/vis)、掃描電子顯微鏡(SEM)等方法進(jìn)行了表征.由于在納米帶邊緣位置引入了大量烷基鏈,使得其在普通有機(jī)溶劑中能獲得良好的溶解度.

圖12 Diels-Alder反應(yīng)在GNRs合成中的應(yīng)用

圖13 Suzuki-Miyaura聚合構(gòu)建n=9的扶手椅線性GNRs

在此之后,大量研究者利用Suzuki-Miyaura聚合合成了形形色色的納米帶.例如,通過選用不同類型硼酸酯,如苯二硼酸酯、萘二硼酸酯、蒽二硼酸酯等與相同的前體分子偶聯(lián)[25-26],從而獲得不同寬度的納米帶(圖14[26]).由于其較為扭曲的分子骨架,使其獲得了更大的聚合度,且隨著GNRs變寬,空穴和電子遷移率也有變高的趨勢(shì),最高可達(dá)7.11×10-2cm2·V-1·s-1,具有較好的FETs性能.

圖14 Suzuki-Miyaura聚合調(diào)節(jié)納米帶的帶寬

除了Suzuki-Miyaura反應(yīng)和Diels-Alder反應(yīng)之外,Yamamoto耦合反應(yīng)也是一種合成納米帶的常用方法.Yamamoto耦合通常只需要一種二鹵單體,且反應(yīng)能克服較大的空間位阻,因此借用此法可獲得空間較為擁擠的GNRs前體.SCHWAB等[27]借助雙氯前體分子首次獲得橫向擴(kuò)展寬度為1.54～1.98 nm且?guī)兜椭?.12 eV的GNRs(圖15[27]),且對(duì)光譜的近紅外區(qū)域具有廣泛的吸收,其GNRs前體的重均分子量達(dá)52000 g/mol,相比于Suzuki-Miyaura聚合,顯現(xiàn)出極好的合成效率.而后,該課題組又用類似方法創(chuàng)造性地合成出寬度約為2.1 nm且縱向長(zhǎng)度達(dá)到約10 nm的N=18的AGNRs,其光學(xué)帶隙約為1.6 eV[28].

圖15 Yamamoto耦合構(gòu)建空間擁擠的GNR前體

最近,ZENG等[29]通過濕化學(xué)方法合成了一系列可溶且穩(wěn)定的CP環(huán)稠合低聚物(圖16[29]),在空氣環(huán)境和光照條件下,這些萘嵌苯化合物在甲苯中的光穩(wěn)定性測(cè)試表明它們具有良好的穩(wěn)定性,并且有類似的開放殼單線基態(tài).所有這些低聚物的幾何形狀在密度泛函數(shù)RB3LYP/6-311G(d)模型基組水平上進(jìn)行了優(yōu)化,觀察到類似的彎曲結(jié)構(gòu),它們的彎曲角度θ,定義為中央六元環(huán)的質(zhì)心與兩個(gè)末端的碳-碳之間的角度,且隨著CP環(huán)數(shù)量的增加,CP環(huán)稠合低聚物的分子彎曲角度達(dá)到155.54°(圖17[29]).

SLOTA等[30]課題組 發(fā)表了一種新的自下而上的分子合成方法,它可以制備具有各種結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精確的GNRs,這些結(jié)構(gòu)可以通過分子前體的形狀獨(dú)特地定義.他們使用硝基氮氧化物(NIT)基團(tuán)作為磁性注射器(圖18[30]),通過基于溶液的自下而上的化學(xué)方法,將穩(wěn)定分子GNRs的邊緣狀態(tài)注入自旋密度.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是:在GNRs中引入磁功能,顯示出有趣的量子特性;不依靠無法直接觀察的化學(xué)反應(yīng)來創(chuàng)造邊緣狀態(tài);樣品可以批量生產(chǎn),而不是只出現(xiàn)在一個(gè)設(shè)備上;可以測(cè)試批量樣品中的經(jīng)典量子自旋特性.圖18(a)為NIT聚亞苯基的合成路徑和硝基氮氧化物GNRs(NIT-GNRs),旋轉(zhuǎn)自由基顯示為藍(lán)色;圖18(b)為NIT-聚亞苯基及其局部態(tài)密度能級(jí),顯示其沒有能帶結(jié)構(gòu),并且其自旋位于NIT基團(tuán)上;圖18(c)為NIT-GNRs及其帶狀結(jié)構(gòu),顯示局部狀態(tài)和離域邊緣狀態(tài)內(nèi)的自旋注入.在圖18(b)和圖18(c)中,針對(duì)不同能量范圍計(jì)算的密度被描繪為綠色、藍(lán)色和橙色陰影區(qū)域(參見箭頭);對(duì)于給定的能量間隔,藍(lán)色虛線和紅色實(shí)線對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的局部密度.

圖17 CP環(huán)稠合低聚物的幾何和電子結(jié)構(gòu)

圖18 功能化GNRs

到目前為止,濕法合成僅限于大帶隙的半導(dǎo)體特性的GNRs,由于其固有的高反應(yīng)活性,具有潛在金屬性質(zhì)的GNRs的合成仍未成功.所以,具有金屬或半金屬性質(zhì)的、可溶性的、穩(wěn)定的、非常長(zhǎng)的GNRs的濕化學(xué)合成仍然是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù).

2 結(jié)論和展望

本文作者闡述了合成GNRs的兩種主要方法,由于GNRs具有許多有趣的性質(zhì),例如:電子、磁性、光學(xué)和傳導(dǎo)性質(zhì),使其被廣泛用于電子器件制造中.自下而上的方法遵循使用簡(jiǎn)潔的合成路線,連接小分子構(gòu)建塊來生成巨型石墨烯結(jié)構(gòu)的策略[24,31-33],這種方法可以提供所需的石墨烯納米結(jié)構(gòu),如納米帶、納米圓盤等,并能完全控制其邊緣幾何形狀,最重要的是,具有平滑邊緣的這些結(jié)構(gòu)可以在單層中有效隔離,并用于器件制造;自上而下的方法是使用不同的方法來輕松實(shí)現(xiàn)高效的設(shè)備集成.納米帶作為一種新型的準(zhǔn)一維納米材料,因?yàn)樗某叽缧?yīng)、量子效應(yīng)和界面效應(yīng)等都具有獨(dú)特的性質(zhì),所以它在光學(xué)、磁學(xué)和電學(xué)等方面都具有巨大的發(fā)展前景.