[发明专利]一种基于固相热化学反应的表面石墨烯的化学修饰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯的修饰方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六边形呈蜂巢晶格的二维纳米材料。石墨烯具有很多优异的性能，比如超高的电子迁移率(2×10⁵cm²v^-1s^-1)、杨氏模量(1100GPa)、导热性能(5000W m^-1K^-1)、比表面积(2630m²/g)和透光率(97.7％)等，所以一直受到来自物理、材料和化学等不同领域研究者的普遍青睐，在晶体管、传感器、清洁能源、纳米增强复合材料等领域有着潜在的应用。

但是，石墨烯没有带隙，属于半金属材料，因此不能直接用来制备半导体器件，比如晶体管和发光器件。为了在石墨烯中打开带隙，将其转变成半导体材料，人们尝试了很多方法，包括石墨烯窄带，施加应力，化学修饰，分子吸附等(Xiaolin Li,Xinran Wang,Li Zhang,Sangwon Lee,Hongjie Dai,Chemically Derived,Ultrasmooth Graphene Nanoribbon Semiconductors,Science,2008,319:1229-1232；Vasilios Georgakilas,Michal Otyepka,Athanasios B.Bourlinos,Vimlesh Chandra,Namdong Kim,K.Christian Kemp,Pavel Hobza,Radek Zboril,and Kwang S.Kim,Functionalization of Graphene:Covalent and Non-Covalent Approaches,Derivatives and Applications,Chemical Reviews 2012,112:6156-6214；Wenjing Zhang,,Cheng-Te Lin,Keng-Ku Liu,Teddy Tite,Ching-Yuan Su,Chung-Huai Chang,Yi-Hsien Lee,Chih-Wei Chu,Kung-Hwa Wei,Jer-Lai Kuo,and Lain-Jong Li,Opening an Electrical Band Gap of Bilayer Graphene with Molecular Doping,ACS NANO,2011,5:7517-7524)。其中化学修饰是最容易实现、且相对稳定的一种方法。此外例用石墨烯制备晶体管，并进一步用于生物或气体传感器是石墨烯的一个重要研究方向和应用领域。但是石墨烯的表面非常惰性，不容易与生物分子或气体分子结合。通过化学修饰在石墨烯的表面接枝所需的有机基团，石墨烯就可以选择性的、高效的与生物分子或气体分子结合，提高传感器的专一性和传感效率。