[论文解读] Electrochemical Grafting of Naphthylmethyl Radicals to Epitaxial Graphene: A Versatile Platform to Reversibly Engineer the Band Structure and Transport Properties of Graphene

Santanu Sarkar, Elena Bekyarova+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 7, 2013

Graphene research and applications参考文献 10被引用 30

一句话总结

本研究通过Kolbe氧化法在外延石墨烯上利用萘甲基自由基实现了可逆的电化学接枝，从而实现了对石墨烯能带结构和输运性质的动态调控。该技术可实现准可逆的带隙工程，并形成可电化学擦除的有机电介质薄膜，拉曼D带映射证实了功能化及可逆性。

ABSTRACT

The Kolbe electrochemical oxidation strategy has been utilized to achieve an efficient quasireversible electrochemical grafting of the alpha-naphthylmethyl functional group to graphene. The method facilitates reversible bandgap engineering in graphene and preparation of electrochemically erasable organic dielectric films. The picture shows Raman D-band maps of both systems.

研究动机与目标

• 开发一种可逆调控石墨烯电子性质的方法。
• 解决在电子应用中实现可控且可逆打开石墨烯带隙的挑战。
• 探索电化学功能化在石墨烯上构建可切换电介质层的应用。
• 展示在外延石墨烯上利用Kolbe氧化策略实现准可逆接枝的可行性。
• 通过光谱学和输运测量验证接枝功能基团的可逆性和稳定性。

提出的方法

• 利用Kolbe电化学氧化策略生成α-萘甲基自由基，用于接枝到外延石墨烯上。
• 应用电化学电位循环，实现对石墨烯表面α-萘甲基基团的可控且可逆的连接。
• 采用拉曼光谱，特别是D带映射，监测并确认接枝过程的功能化及可逆性。
• 使用电化学技术实现有机功能基团的接枝与后续擦除，从而实现对石墨烯电子结构的动态调制。
• 表征所得薄膜为可电化学擦除的有机电介质，具有可调的电子特性。
• 将功能化石墨烯集成到适用于可逆带隙工程和输运性质调制的平台中。

实验结果

研究问题

• RQ1 Kolbe电化学氧化方法是否能够实现在外延石墨烯上对萘甲基自由基的可逆接枝？
• RQ2 通过电化学功能化，石墨烯的能带结构可在多大程度上实现可逆调节？
• RQ3 接枝的有机层是否可电化学擦除，从而恢复原始石墨烯的性质？
• RQ4 拉曼光谱确认的功能化过程的稳定性和可逆性如何？
• RQ5 该接枝体系是否可作为具有可调电子特性的可切换有机电介质薄膜？

主要发现

• Kolbe电化学氧化方法成功实现了α-萘甲基自由基在外延石墨烯上的准可逆接枝。
• 拉曼D带映射证实了功能化的存在及其空间分布，强度变化表明接枝效率。
• 功能化过程导致石墨烯能带结构和输运性质的可测量且可逆调制。
• 电化学循环证明了接枝层的可擦除性，证实了该过程的可逆性。
• 接枝体系表现出可切换有机电介质薄膜的特性，具有在可调电子器件中应用的潜力。
• 该方法为实现石墨烯电子行为的动态、可逆工程提供了通用平台，且不会造成永久性结构损伤。