通过在石墨烯定义的二维晶格区域内可控地共价键合不同官能团，实现石墨烯的精准化学改性，可以定制其表面特性，推动其在纳米电子设备、能量存储和传感器等领域的广泛应用。然而，石墨烯的精准化学改性仍面临官能团种类有限和制备方法不足等挑战。
近日，埃尔朗根-纽伦堡大学的卫涛课题组，在前期石墨烯可控化学修饰的研究基础上，开发了一种简易的基于高价碘盐的激光书写法，有效实现了将不同类型官能团精准修饰到石墨烯特定晶格区域，并完成对其电子性质的精细调控。
该制备过程首先通过旋涂高价碘盐化合物于石墨烯表面，形成均匀分布的二维薄膜。随后，使用波长为532 nm的激光对其进行辐照，导致化合物分解并原为生成高活性自由基，包括烷基，苯基和氟代烷基等，用于石墨烯反应。进一步地，通过调控激光辐照量能和路径，可以在亚微米尺度上实现对功能化程度和反应位点的精准调控。同时，DFT理论模拟计算表明，在石墨烯激光书写过程中，富含π电子的碳晶格充当光介质，将激发电子注入到吸附的高价碘盐中。这些试剂中的三价碘中心键相对较弱，因此在激光激发引发的还原反应中发生断裂，从而形成高活性的自由基。这些生成的自由基中间体随后跟位于下方的石墨烯反应。
基于一系列的光谱学和形态学表征，作者清楚地揭示了不同官能团在石墨烯表面的可控键合以及特定石墨烯晶格区域电子特性的调控。该新颖的激光书写策略极大地缓解了可用于石墨烯精准化学修饰的官能团范围的限制，为具有二维定制结构石墨烯的实际应用奠定了基础。
论文信息
Laser-Driven Modular Precision Chemistry of Graphene Using λ3-Iodanes
Kevin Gerein, Diyan Unmu Dzujah, Dr. Hongde Yu, Dr. Frank Hauke, Prof. Dr. Thomas Heine, Prof. Dr. Andreas Hirsch, Dr. Tao Wei
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202414090
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