单层石墨炔薄膜的制备与表征

Carbon allotropes and carbonaceous compounds are materials of particular interest for science and technology. In the past three decades, researchers have developed various methods to synthesis different carbon allotropes. Among them, graphyne/graphdiyne based on sp and sp2 carbon have potential and important application in the field of electronics, optoelectronics, energy and catalysis due to their special electronic structures and porous structures. Although, nowadays, the successful synthesis of multi-layer graphdiyne has been demonstrated, the fabrication of graphyne/graphdiyne monolayer seems arduous. This project aims at fabrication of graphyne/graphdiyne monolayer or graphyne/graphdiyne - related single layer by using organic molecular beam epitaxy (OMBE), which is one of bottom-up approaches. The successful synthesis of graphene and boron nitride via OMBE has demonstrated the feasibility of this approach. After successful achievement of the graphyne/graphdiyne, scanning tunneling microscopy (STM) and scanning tunneling spectroscopy (STS) will be applied to investigate the morphologies and the corresponding electronic structures. The project will help further exploitation and application of graphyne/graphdiyne.

碳同素异构体以及碳的化合物长期以来都是科学技术领域的热门研究材料。在过去的三十年中科研人员们发展了多种方法来制备不同的碳同素异构体。其中，由sp和sp2碳构成的石墨炔，因为其特殊的电子结构和孔洞结构使其在电子学、光电、能源、催化等领域具有潜在且重要的应用前景。尽管到目前为止有关于多层石墨炔薄膜成功制备的报道，但是单层膜的制备仍较为困难。本项目拟利用有机分子束外延（OMBE）这种自下而上的方法制备单层石墨炔或者类石墨炔材料。通过利用该方法可以成功制备出单层石墨烯和氮化硼的薄膜使我们有理由相信单层石墨炔薄膜制备的可行性。在成功制备出单层石墨炔之后，利用扫描隧道显微镜（STM）和扫描隧道谱（STS）的方法可以对其形貌和电子结构进行表征。该项目的开展将有助于石墨炔进一步开发和应用。

本项目以端基炔分子为主要研究对象，探究了分子间以及分子与衬底间的相互作用，并进一步对石墨炔薄膜制备的可行性进行了探索。在项目执行过程中，尝试了包含端基炔分子在内的多种有机分子，利用扫描隧道显微镜的实验手段结合密度泛函理论的计算模拟，研究它们在不同衬底上的吸附、自组装以及化学反应。.项目执行过程中，通过利用衬底的化学选择性，首次实现了端基烯和端基炔之间的交叉偶联反应；利用平整的半导体衬底，研究了有机分子的本征性质；利用金属有机键，实现了直径约7 nm共轭大环的制备；利用氢键的模板作用，制备了大面积高度有序的密堆积一维石墨炔链；利用Se原子团簇，制备了一系列Se原子团簇与端基炔分子的手性自组装结构。相关的成果为表面制备石墨炔等碳基材料提供了新方法和新思路。.项目执行期间，累计发表基金标注的SCI期刊论文7篇。