分子模型：Wilhelm Auwärter教授和他的卟吩模型-图片来自慕尼黑工业大学
卟啉，即血红蛋白类分子，主要作用是在植物体内进行光合作用和在人体血液内运输氧气。近日，慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员以一种全新的方法将卟啉和石墨烯组合起来。这一方法可能会给很多领域——从分子电子器件到改良气体传感器——带来全新的可能。
从导电率到抗张强度，石墨烯优良的特性，使其成为很多电子应用的理想材料，但是石墨烯仍然要和所谓的功能分子结合在一起，才能应用于比如光伏电板和气体传感器之类的器件中。迄今为止，这些功能分子的添加已经通过“湿法化学”的手段实现，可这是同时也限制了所得材料特性的可控量。
不过，据Nature的化学子刊报道，TUM的研究人员开发了一种高可控性“干”法，即在超高真空内，开发利用石墨烯层依附的银表面上的催化性能。
这种技术的优势在于：即使是与石墨烯结合以后，卟啉分子也保留了自身所有可用的特性。尤其是这种结合，可以通过添加不同金属原子，调整其电子学和磁学性能的内在潜能。从实际设备的角度来看，即这些不同的金属原子可以和气体分子结合起来创造实用气体传感器。
简而言之，TUM研究人员开发的这种方法可能会是石墨烯在电子方面应用上功能化的一个突破。
“该研究对电子学领域的重大价值，关键在于石墨烯和卟啉互补的电子结构，”领导该项研究的慕尼黑工业大学教授Wilhelm Auwärter在IEEE Spectrum的电子邮件访谈中如是说，“相比于石墨烯，卟啉有很大的电子能隙。卟啉的电子学、光学和磁学特性，都可以通过分子金属中心的选择性来调控。”电子能带隙是控制材料如何导电，以及用于晶体管之类电子开关的关键。
Auwärter进一步解释道卟啉的电子学和磁学特性也可以通过气态配位体（比如氧气或者一氧化氮）的连接进行调整。举个例子，这一特性可以用于该材料连接到磁场的机械响应的开合上。“这样的功能并非原始石墨烯的固有功能。”Auwärter补充道。
Auwärter还表示应该可以直接将卟啉混合到石墨烯纳米带中，并指出：“用这种方法，人们可以实现石墨‘导线’和卟啉单元的结构序化，并可以应用于混合结构中的电子能隙工程。”
虽然Auwärter认为这种制造方法可能会在纳米器件领域引领设计新潮，但是他也承认该方法仅仅只是一个启发思路的初步研究。
“我们需要将我们的实验应用于已知的石墨烯纳米结构中，比如纳米带或者纳米石墨烯，”Auwärter阐述道，“我们还需要把混合结构置于特定支撑上或者将其包含于分层材料和装置中。”
Auwärter指出在未来，在电子器件中使用这一方法，杂化材料会在绝缘支撑上像六方氮化硼材料一样生长。
虽说以上的电子应用目前可能仍然很遥远，但是这一创新实验报道，确实是为基于石墨烯的电子器件提供了一条有趣的思路。
本文观点仅代表作者，不代表《科学美国人》。
（翻译：赵小娜；审校：杨玉洁）
原文链接：
http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/materials/fusing-of-organic-molecules-with-graphene-opens-up-new-applications
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