调节纳米多孔石墨烯的带隙对于诸如有机杂化器件中的电荷传输层等应用是可取的。该领域的关键是能够合成具有可变孔径和可调带隙的2D纳米多孔石墨烯。

有鉴于此，近日，新加坡国立大学Andrew T. S. Wee教授，吴继善教授以及香港理工大学杨明助理教授（共同通讯作者）等合作展示了具有可变带隙的纳米多孔石墨烯的表面合成。两种类型的纳米多孔石墨烯通过分级C-C耦合合成，并通过低温扫描隧道显微镜和非接触式原子力显微镜进行验证。纳米多孔石墨烯-1是非平面的，纳米多孔石墨烯-2是单原子厚的平面薄片。扫描隧道光谱测量显示，纳米多孔石墨烯-2的带隙为3.8 eV，而纳米多孔石墨烯-1的带隙更大，为5.0 eV。通过第一性原理计算证实，大带隙打开是由孔隙产生和非平面结构引起的π电子限制控制的。该发现表明，通过引入纳米孔或扭曲结构，半金属性的石墨烯被转化为半导体性的纳米多孔石墨烯-2或绝缘的宽带隙纳米多孔石墨烯-1。通过合理设计具有更高前驱体扩散系数的表面反应，可以实现均匀连续的纳米多孔石墨烯。

图1. Au(111)上通过三重Br-Br卤素键稳定的HBPB自组装单层。

图2. 纳米多孔石墨烯的表面合成。

图3. 合成的纳米多孔石墨烯中的大带隙打开。

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图4. 三种结构的理论电子特性。

图5. 理论部分电荷密度和Clar结构分析。