新型金属性石墨烯的化学掺杂制备及其铁磁性和量子输运研究

Normal graphene is semi-metal, it has not magnetic properties.In order to bring more novel physical properties to graphene, we will regulate the double lattice symmetry of graphene by chemical method, so as to introduce the new eletronic structure and graphene generate the macroscopic magnetic and regulating the quantum transport of graphene.The synchrotron technology, like ARPAS and XRD, combined with PPMS technology would be applied to measure the new properties of chemical modified graphene.Diazonium salt modification is applied to modified graphene, the reaction site in the corresponding reaction and the pattern of diazonium in graphene lattice will be carefully and well controlled to get graphene with desired crystal structure.Also, the chemical interaction mechanism will be disclosed. After the chemical modified graphene with specific crystal structure is got, synchrotron technology and PPMS technology will be applied to measure the electronic structure, complete theory of charge, and spin transport.Our groups have engaged in the research of carbon materials for a long time. Based on our previous research work, we will well finish the studies of the electronic structure, electrical and magnetic properties of graphene modified with diazonium salts comprehensively.

常规的石墨烯呈现半金属性，不具有铁磁性。为了拓宽石墨烯的奇异物理性质，本项目拟通过化学方法对石墨烯的复式晶格对称性进行调控，进而在石墨烯中引入化学掺杂、改变其电子结构、产生宏观磁性并调节其量子输运，利用同步辐射角分辨光电子能谱、XRD等技术结合综合物性测试系统来研究化学加成的石墨烯所具有的新奇磁性和电子输运性质。我们拟通过重氮盐共价修饰石墨烯的方法，精确控制石墨烯表面的化学加成位点及其排列方式，并进一步阐述所加成的芳香基团与石墨烯间的作用机制；在获得具有特定化学加成石墨烯晶体结构的基础上，利用同步辐射技术结合电输运和磁性测量技术，系统研究重氮盐功能化石墨烯的电学、磁学性质、电子结构、电荷及自旋输运性质。

石墨烯作为二维六角形晶格结构，由于其独特的电子，光学，热学，机械学等特性而引起了广泛的关注。常规的石墨烯呈现半金属性，不具有铁磁性。为了拓宽石墨烯的奇异性质，本项目通过化学方法对石墨烯的复式晶格对称性进行调控，进而改变其电子结构、并对产生的宏观磁性和电输运性质进行研究。主要研究内容、获得的重要结果及意义阐述如下：.1. 利用重氮盐共价化合物对石墨烯的复式晶格对称性进行调，获得了重氮盐不对称加成修饰石墨烯的制备方法，并对其结构进行了表征。.2. 研究了化学修饰方法对石墨烯电磁及输运性质的调控：在石墨烯上制备出纳米孔，通过控制石墨烯片层上纳米孔的密度来调节不同数量的悬键，进而调控石墨烯的磁性；通过实验，在石墨烯片层上引入硼氮元素，获得更低成本、更节能的石墨烯氧化还原方法，并考察了化学掺杂对石墨烯电子输运性质的影响。.3. 利用模拟计算方法，对以石墨烯为代表的碳纳米材料的电子特性及结构进行解析：作为零维碳纳米材料的富勒烯，其官能团表面修饰具有显著的能带裁剪效应，起到对其电子输运特性灵敏调制的作用, 同时为石墨烯二维纳米材料表面修饰的电子特性研究奠定基础，重氮盐表面修饰石墨烯，石墨烯本征大共轭电子分布得到精细调制，为纳米新器件提供崭新的输运特性；进一步拓展新型碳材料石墨炔的复杂配体表面修饰研究，探索新型石墨炔纳米器件的电子输运模型。.4. 对石墨烯进行功能化修饰，使其具有良好的生物相容性，并对其生物应用进行了初步探索。.