【半导体物理 精】比石墨烯有更好的化学性质的石墨炔二维碳复合衍生物

半导体物理文献翻译

翻译文献:

●Jia-Jia Zheng, Xiang Zhao, Yuliang Zhao & Xingfa Gao Two-Dimensional

Carbon CompoundsDerived from Graphyne with ChemicalProperties Superior to Those of Graphene ，SCIENTIFIC REPORTS

●Jahyun Koo, Bing Huang, Hosik Lee, Gunn Kim, Jaewook Nam, Yongkyung

Kwon, and Hoonkyung Le，Tailoring the Electronic Band Gap of Graphyne，PHYSICAL CHEMISTRY C

班级：电子1203班

姓名：从鑫

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学号：U201213903

2014年11月16号

比石墨烯有更好的化学性质的石墨炔二维碳复合衍生物

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Two-Dimensional Carbon CompoundsDerived from Graphyne with ChemicalProperties Superior to

Those of Graphene

Jia-Jia Zheng，Xiang Zhao，Yuliang Zhao & Xingfa Gao

摘要：同时考虑热力学和运动方面的计算研究揭示了碳材料石墨烯最近有了越来越多的有趣的、对于相似的碳材料的较好的平面复合反应，通过逐步的方法在碳碳间插入二氯卡宾使得石墨炔有显著的区域选择性。由于同质自然的性质，在C —C键增加原子维持了二维碳复合材料（2DCCs）。2DCCs的电子能带结构在费米面附近，与石墨烯相似，表现出半导体特性还是金属特性取决于反应是否破坏了六边形的对称结构。值得注意地，2DCCs在未来能够通过稍微破坏扩展的π键电子系统实现功能化。结论表明石墨炔衍生2DCCs有比石墨烯更好的物理、化学特性。因此，2DCCs有望更好地适用于实际应用。

前言：

碳能够在周期性平面结构中与包括碳在内的绝大多数元素作用产生化学键。而且有三种杂化方式：sp，s，s。这些不同类型的杂化方式导致碳形成了不同的几何形状：线型、三角型平面和四面体。其中s的σ键的主要由李碳原子较近的受限制的电子形成，sp，s由共轭成对的π键形成。这些不同的键使得碳不仅是生命的基础，而且是当代有机电子的基础。

第一个包含碳的s特性的同素异形体是石墨。石墨有平面的多层结构，并且每层晶胞为包含s的碳的六边形结构。它广泛存在在自然界中并且有各种各样的应用，例如用作铅笔、润滑剂、电池电极等。具有半导体特性的聚乙炔是稳

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定的重复s键的链状有机高分子二聚物。在功能化参杂之后，聚乙炔的导电性显著增加，因此，此聚合物又被称为导电塑料。另外，还在多环芳香烃(PAHs 中发现s碳原子。PAHs 被作为重要的轨道域理论、光谱学模型，也有应用于有机电子的潜力。在1985年实验发现富勒烯、1991年发现碳纳米管（CNTs）、2004年发现石墨烯更加激发了对于s碳原子材料的兴趣。由于它们空前的结构、电子特性和多样的应用，富勒烯、CNTs和石墨烯在最近十年吸引了各个的研究。

这些s有一个共同的特点：除了聚乙烯例外，这些材料有由s碳原子形成的分子表面扩充了p-电子共轭系统，使得具有功能化的有趣的电子特性。这些材料的化学功能通常高于应用。例如：可溶解的s碳原子必须提升溶解能力以达到应用于生物系统的要求。根据结构合成，s碳原子材料能够通过化学加成反应使得s碳原子转换成s混合碳原子增加化学基团实现功能化。一些加成反应不可避免地破坏p-共轭体系（如图1a）。p-共轭的退化会严重地破坏基于共轭系统的电子特性。例如，通过氧化反应溶液化以后，CNTs和石墨烯的电子导电性可能会减少上千倍。然而，如石墨烯等在s材料上的加成反应仍在进行。

在本次工作中，我们建议一种新的二维碳复合材料（2DCC，如图1b）。2DCCs有较大可扩展的p-共轭系统和与石墨烯相似的电子特性。不像石墨烯那样，它们有适于化学替换反应的本质的成分（如，H和OH是可替换的，如图1b）。因此，2DCCs能够通过化学替代反应功能化，而且排除了p-共轭的损失。在结构上，这些2DCCs能够被看作石墨烯的衍生物。第一次，我们发现石墨炔均匀的在平面上的加成反应形成了2DCCs。2DCCs表现出半导体或者金属特性

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取决于加成反应是否破坏了六边形的对称结构。2DCCs 的电子能带结构在费米面附近，与石墨烯相似。通过化学替换反应功能化后，这些2DCCs 保持电子的能带在费米能级附近。例如：2DCC IV （如图1吧）同时展现了重要的电子导电性和溶解性，这使得应用于生物系统和其他水相关的系统。这种同时导电和溶解是一种新的其他二维碳材料没有的特性。结果表明2DCCs 是一种概型的有比石墨烯好的物理化学性质的新的碳材料。因此2DCCs 有望用于化学剪切和实际应用。

图

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