中新網哈爾濱10月27日電 (記者 王琳史軼夫)哈爾濱工業大學於27日發佈消息，該校化工與化學學院於淼教授課題組在石墨烯功能化方面取得了重要進展。該工作為石墨烯光致精準功能化的首例，通過精細調控局域雜化模式打開石墨烯帶隙，首次在原子尺度實現了石墨烯的二維長程有序功能化，為石墨烯基二維材料在電子器件和光電器件應用方面的關鍵難題提供了有效解決方法。
分子網絡與石墨烯環加成反應後的掃描隧道顯微鏡圖和理論模型。哈爾濱工業大學供圖
作為世界上首個真正意義上的二維材料，石墨烯不僅是最薄且最堅硬的二維材料，且具有優異的導電、導熱性、光學性質和穩定性，在航空航天、太陽能(000591,股吧)利用、透明觸摸屏、電子器件、傳感探測、生物醫療、可穿戴器件、高性能複合材料等領域廣泛應用。
然而，石墨烯的零帶隙限制了其實際應用的可能性。儘管在過去的十幾年間，已有多種方法用於石墨烯功能化進而打開帶隙，如摻雜外來原子、修飾納米顆粒、製造納米結構石墨烯、表面吸附等，長程有序原子級精準調製石墨烯局域雜化仍舊是世界性難題。
該工作採用帶有馬來酰亞胺和雙羧酸基團的BCM分子，在單層石墨烯表面以分子間雙氫鍵形成滿覆蓋二維延展有序網絡，通過紫外輻照在超高真空條件下觸發分子網絡與石墨烯基面間的光致環加成反應。
光致環加成反應對石墨烯的吸收振動和能帶結構的影響。哈爾濱工業大學供圖
該光致反應可精確調製石墨烯局域雜化模式，改變石墨烯電子結構，有效引入帶隙。不同於前人採用的長時間浸泡、加熱、電脈衝和探針施壓等反應觸發方式，光致反應不僅為高吸熱反應提供了實用的解決方案，其簡便性、遠程可控性、與其他光相關技術(如光刻)的兼容性更利於在電子和光電器件方面的實際應用。
作為第一個石墨烯與分子網絡反應的範例，該工作解鎖了精確、長程有序調製石墨烯電子結構的高效途徑，對進一步發展光誘導表面合成反應有重要意義。同時，這種對局部雜化的精準調控以及功能化後石墨烯的長程有序性為發展基於石墨烯的尖端納電子和光電器件鋪平了道路。