研究背景
随着电子设备向更小型化、更高性能的方向发展，对材料的电荷调控能力提出了更高的要求。石墨烯氧化物（Graphene Oxide, GO）因其丰富的含氧官能团而成为调控材料电荷特性的理想选择。传统的电荷转移掺杂方法，如有机分子修饰、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD），不仅操作复杂、成本高昂，而且对环境不友好。因此，开发一种简单、高效且环境友好的掺杂技术对于电子设备领域具有重要意义。
成果简介
在这项研究中，研究人员提出了一种创新的电荷转移掺杂策略。他们通过将石墨烯氧化物（GO）悬浮液与2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基喹啉二甲烷（F4TCNQ）简单混合，并结合超声波处理，成功制备了F4TCNQ-GO复合薄膜。这种复合薄膜在650纳米波段的光响应性达到了惊人的1.57 × 10^3 A/W，超越了过去十年中报道的大多数基于GO/石墨烯的光电探测器。
图文导读
图1：展示了F4TCNQ-GO复合薄膜的制备过程，以及通过扫描电子显微镜（SEM）观察到的F4TCNQ-GO和GO薄膜的截面形态。X射线衍射（XRD）和拉曼光谱进一步揭示了F4TCNQ与GO之间的非共价结合以及电子从GO到F4TCNQ的转移。
图2：通过电流-电压（I-V）曲线和霍尔电阻率曲线，展示了F4TCNQ-GO复合薄膜的电学性质，包括其整流特性和p型掺杂效果。
图3：描述了F4TCNQ-GO光电探测器的工作原理和性能测试，包括在不同偏压和光功率密度下的光电流和响应度。
图4：对比了过去十年中不同方法制备的GO/石墨烯基光电探测器的响应度，突出了本研究中F4TCNQ-GO光电探测器的优越性能。
图5：评估了F4TCNQ-GO光电探测器的环境稳定性，以及不同薄膜厚度和F4TCNQ掺杂比例对光电性能的影响。
图6：展示了F4TCNQ-GO光电探测器阵列在图像边缘提取中的内部计算能力，通过编程不同的卷积核实现多方向的边缘提取。
小结
这项研究不仅提供了一种简单、高效的GO电荷转移掺杂新方法，而且基于掺杂的F4TCNQ-GO薄膜制备的柔性光电探测器在光响应性、稳定性和图像处理能力方面均展现出卓越的性能。通过XPS、XRD、拉曼光谱、紫外-可见光谱和SEM等实验手段，研究团队证实了F4TCNQ与GO之间通过π-π相互作用实现的稳定非共价结合，以及电子从GO到F4TCNQ的转移，这为调控π电子丰富的二维材料的电荷相关性质提供了新的思路。此外，F4TCNQ-GO光电探测器的成功制备，为能源存储、生物医学、电池制造等领域的应用开辟了新的可能性。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119529
Simple ultrasonic mixing to obtain charge transfer dopants of graphene oxide for highly responsive photodetectors and efficient image extraction
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