物理研究所大面积优质氢化石墨烯的结构与物理性能研究进展

物理研究所大面积优质氢化石墨烯的结构与物理性能研究进展

石墨烯的发现及其独特的性质和巨大的应用价值，激发了人们对其它二维材料研究的热情，扩展二维材料库的重要途径之一是通过外生原子与碳原子之间的化学键在国际上获得功能化的石墨烯材料。Rinsic石墨烯和构造新的类似石墨烯的二维原子晶体。例如，所有碳原子都与两侧的氢原子结合，形成完全氢化的石墨烯结构，也称为石墨烯；氢原子和碳原子是1:2的单侧氢化石墨烯，在文献中称为石墨烯。然而，P实验中大面积、高质量的石墨烯氢化物的制备还很缺乏，对材料的结构和物理性能的控制也很困难。

最近，中国科学院物理研究所/国家凝析油物理研究中心高洪军研究组的陈辉、包德良、杜世璇等进行了实验和理论计算。研究发现，在Ru（0001）上，采用大尺寸、高质量的石墨烯摩尔超晶格模板可以制备出三分之一的氢化石墨烯，与氢化前的石墨烯样品相比，在石墨烯相应LEED晶格的3 3 3/r30位置出现了一套新的晶格（图1），G和氢化石墨烯拉曼光谱中石墨烯晶格的二维特征峰表明，在Ru与石墨烯的界面上存在氢原子，并有效地削弱了石墨烯与金属基体之间的强相互作用（图1）。进一步的扫描隧道显微镜（STM）研究表明，氢原子与金属基体的键合在一起。在石墨烯晶格中，以3/r30度的碳原子形成长程有序的双面氢化结构（图2），并延伸到整个4毫米4毫米的表面。其中，碳氢比为3:1，因此称为氢化石墨烯的三分之一。理论计算表明，石墨烯带结构的三分之一E呈现各向异性，即狄拉克锥在一个对称方向上的半金属性质，而在另一个对称方向上具有能隙的半导体性质（图3）。这项工作是实验中报道的结晶氢化石墨烯的最大面积。为大面积石墨烯功能衍生物的制备及相关性质的应用提供了新的思路，结果发表在《先进材料》30，1801838（2018）上。

上述研究工作得到了国家科技部（2013 CBA01600、2016 YFA02023、2016 YFA0300 904）、国家自然科学基金（61390501, 61725107, 51572290、11334006, 51761135130）和中国科学院的支持。

图1。制备原理图、LEED、拉曼光谱和1/3厘米级结晶石墨烯的大面积STM图像。

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