JACS：上海交通大学研发具有良好加工性能的聚环氧乙烷功能化石墨烯纳米带

【引言】

石墨烯纳米带(GNRs)作为下一代半导体材料之一，引起了人们的注意。其电性能受宽度和边缘的结构控制。现在有两种方法加工GNR，“从上到下”，“从下到上”。“从下到上”的液相加工方法，可以大规模生产出设计结构的石墨烯纳米带。但由于化学合成的GNRs没有侧基和官能团，只有短烷基链，严重的限制了溶液加工性，因此需要更多的基础研究。

【成果简介】

最近，上海交通大学化学化工学院冯新亮教授和上海交通大学特别研究员麦亦勇（共同通讯作者）等在JACS上报道成果研发一种聚氧化乙烷功能化石墨烯纳米带，使得石墨烯纳米带在常见有机溶剂中溶解度有很大的提升，为研究GNRs的性能提供了可能：GNRs在常规溶剂中易聚集，从而影响了GNRs荧光发光现象；扫描探针显微镜发现PEO-GNR的自组装行为；GNR为基体的薄膜型场效应晶体管的载流子迁移率可以达到0.3 cm²／(Vs)等。

【图文导读】

图1：聚环氧乙烷功能化石墨烯纳米带的合成路线图

图2：聚氧化乙烯功能化石墨烯纳米带结构和性能表征

聚氧化乙烯功能化石墨烯纳米带中的PEO的接枝率为46%，因此得到的GNRs在有机溶剂中表现出很强的分散性。由拉曼光谱谱图a可知，GNRs的结构不会受到功能官能团的影响，依然表现出精确的小尺寸结构。

图b表示的是不同功能化基团对GNRs的分散性的影响是不同的。在THF中溶解度可达1mg/mL(GNR为主)，且分散稳定保持至少1天。GNR-COOCH₃和GNR-COOH不能均匀分散在四氢呋喃中，超声之后几分钟就会看到沉淀。GNR-COOCH3和GNR-COOH在THF中的最高溶解度分别为0.02 mg/mL，0.05 mg/mL. 由此作者得出，PEO-GRN在常规溶剂中有着良好的分散性。

图c为紫外光谱图，在四氢呋喃中，GNR-COOCHS，GNR-COOH，GNR-PEO的光谱没有太大差别，而在水中，GNR-PEO有明显的偏移，表明其结构出现了变化。

图d表示PEO-GNR在水中GNR强的聚集作用使得荧光效应完全消失了。

【展望】

良好的分散性不仅为更深层次理解GNRs的物理化学性能提供了可能，还有很好的发展前景。因此，聚合物功能化提供了GNRs相关研究的发展机会。

文献链接：Poly(ethylene oxide) Functionalized Graphene Nanoribbons with Excellent Solution Processability（JACS，2016，DOI :10.1021/acs.jacs.6b07061）