人民網(wǎng)北京12月30日電（記者趙竹青）石墨烯納米帶作為一維石墨烯材料，因其非零帶隙和可調(diào)控的能帶結(jié)構(gòu)，在半導(dǎo)體器件、自旋電子學(xué)及量子技術(shù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。通過自下而上的表面合成策略，可實(shí)現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑與性質(zhì)的精細(xì)調(diào)控。然而，目前石墨烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)調(diào)控主要依賴其π電子體系，尚未有研究在納米帶中引入d電子對其進(jìn)行改性。卟啉作為大環(huán)分子，其內(nèi)部空腔可實(shí)現(xiàn)不同金屬摻雜。將卟啉結(jié)構(gòu)引入石墨烯納米帶中，有望通過d-π電子間的雜化作用，調(diào)控納米帶的電子結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)性質(zhì)。

近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所聯(lián)合瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究所、德國馬克斯-普朗克高分子研究所，合成了關(guān)鍵前驅(qū)體分子MPor–DBA，并通過熱誘導(dǎo)逐步反應(yīng)，在Au(111)表面上實(shí)現(xiàn)了自下而上的精準(zhǔn)合成，制備出一系列具有周期性卟啉邊緣拓展的鋸齒形石墨烯納米帶材料。

研究發(fā)現(xiàn)：Zn摻雜的ZnPor–3ZGNR具有高度分散的導(dǎo)帶和價帶電子結(jié)構(gòu)，其載流子有效質(zhì)量低，展現(xiàn)出極高的載流子遷移潛力；2HPor–3ZGNR能夠自發(fā)捕獲金襯底表面的Au原子，形成金屬化單元，引發(fā)局部電荷摻雜，從而與未金屬化單元之間形成顯著的電子態(tài)差異，并在納米帶內(nèi)部構(gòu)建出P–N異質(zhì)結(jié)；摻雜磁性金屬Fe的FePor–3ZGNR中，F(xiàn)e的d軌道與納米帶的π電子態(tài)發(fā)生強(qiáng)烈雜化，實(shí)現(xiàn)了相鄰鐵單元間的長程自旋超交換耦合。

這一研究為原子級精確的卟啉—鋸齒邊緣石墨烯納米帶雜化體系的構(gòu)建提供了新方法，并通過金屬中心的靈活調(diào)控，為未來開發(fā)高性能半導(dǎo)體、化學(xué)傳感器及量子自旋鏈等器件，提供了材料平臺。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。