石墨烯及衍生物的化学力显微技术研究

石墨烯具有优异的光、电、热、机械等方面的性能。石墨烯属于零带隙半导体材料，打开带隙是其电学应用的关键。同时，石墨烯的表面结构与性质密切相关。本项目关注的是石墨烯进行化学修饰后的精细结构表征及电学性质。石墨烯及衍生物的原子位置、类型及分布的高分辨识别。利用化学修饰的探针，借助扫描探针技术对石墨烯及衍生物的二维平面上进行原子、化学键的识别及成像。通过定量地研究修饰的扫描显微镜针尖与石墨烯平面上基团的各种相互作用，实现化学识别及成像。探讨化学力显微技术识别石墨烯材料官能团的设计原则，建立石墨烯的化学力显微技术表征方法，发展高分辨化学识别的新技术。将在已有工作的基础上，有望实现石墨烯表面光化学反应的原位测量，并且结合特有的光催化技术可以追踪化学反应进程。深入开展石墨烯的结构与性能之间的关系，并考察涉及的各种化学问题及关键技术,为石墨烯的结构表征及物性研究提供新的理论和实验依据。

本项目研究的主线是发展石墨烯的光化学修饰方法及产物的精细结构表征，探索石墨烯的自由基反应及电学性能和精细结构间的关系。按照项目计划书，集中探索发展石墨烯化学修饰方法和周期型局域结构的构筑及精细结构的表征方法上，并把光化学修饰的方法推广至碳纳米管，取得了阶段性的研究成果。1）建立了石墨烯的光化学共价修饰方法，实现了石墨烯的双面非对称修饰，制备了单层Janus Graphene；2）发展了一种新的石墨烯甲基化的光化学修饰方法。同时基于石墨烯的光致甲基化反应优先从边缘局部开始的反应现象，发展了一种新的基于石墨烯局域反应制备石墨烯纳米带的方法；3）发展了一种新的电化学氧化转移石墨烯的方法。本项目发表学术论文8篇，包括Nature Commun. 1篇，Small 4篇，J. Electroanaly. Chem. 1篇，J. Appl. Phys. 1篇。申请专利1项。项目承担人员和研究生参加国内学术会议5次。培养博士生2名、1名硕士、博士后1名。