Oxygen-fremmet syntese af lænestolsgrafen nanobånd på Cu(111)

Syntese på overfladen har fået stor opmærksomhed som en metode til at skabe atomisk præcise endimensionelle (1D) og todimensionelle (2D) polymerer med spændende egenskaber. I særdeleshed, grafen nanobånd (GNR'er), en kategori af kvasi-1D nanomaterialer afledt af grafen, er blevet bredt undersøgt på grund af deres afstembare elektroniske egenskaber og potentielle anvendelser i halvlederenheder, såsom felteffekttransistorer og spintronik. En række top-down tilgange er blevet fulgt for at producere GNR'er, men manglende kontrol over båndbredden og kantstrukturen har hindret deres videre udvikling.

I 2010 Cai et al. rapporterede først fremstillingen af ​​en atomært præcis lænestol GNR (AGNR) på Au(111) overfladen ved hjælp af en bottom-up tilgang. Den grundlæggende mekanisme involverer termisk aktiveret dehalogenering, overflade-assisteret polymerisation og endelig cyclodehydrogenering.

I det følgende årti denne bottom-up tilgang er blevet udvidet til at syntetisere en bred vifte af GNR'er, inklusive AGNR'er med forskellige bredder, zigzag GNR'er, GNR heterojunctions, chirale GNR'er og kemisk dopede GNR'er. Baseret på den periodiske lighed mellem deres elektroniske strukturer, AGNR'er kan klassificeres i tre familier, 3p, 3p+1 og 3p+2 (der repræsenterer antallet af carbonatomer i den snævre retning).

Indtil nu, få undersøgelser har fokuseret på GNR-syntese på Cu(111) på grund af den stærkere overfladeinteraktion, trods den lavere temperatur for dehalogenering. Det er blevet vist, at chirale GNR'er kan syntetiseres på Cu(111) under anvendelse af den samme precursor, som giver ikke-chiral 7-AGNR på Au(111), og at dehalogenering kan være reversibel på Au(111) men ikke Cu(111), hvilket indebærer, at reaktionsvejen og de opnåede produkter kunne styres gennem valget af substrat.

En anden tilgang til at skræddersy reaktionsvejen i overfladebegrænset syntese er at introducere forskellige atomarter, som kun er blevet overvejet i nogle få nyere undersøgelser. Eksponering for jod skaber et monolag indskudt mellem polymererne og Ag(111)-overfladen, der afkobler deres elektroniske interaktioner. Ud over, brint blev vist at fjerne halogenbiprodukter og at inducere kovalent kobling, og svovl for at tænde eller slukke for den overfladebegrænsede Ullmann-reaktion.

Prof. Lifeng Chis forskningsgruppe ved Soochow University undersøgte for nylig effekten af ​​oxygen på syntesen af ​​3-AGNR'er ved overfladebegrænset Ullmann-kobling og fastslog, at det, i stedet, forårsagede en 1D til 2D transformation af de organometalliske (OM) strukturer.

Her, deres formål var at undersøge syntesen af ​​3p-AGNR'er på Cu(111), i forlængelse af den tidligere undersøgelse om Au(111), og at undersøge effekten af ​​oxygen på lateral fusion af 3-AGNR'er, inspireret af deres potentiale til at fremme CH-aktivering.

Deres undersøgelse viste den vellykkede syntese af 3p-AGNR'er på Cu(111) via lateral fusion af poly(para-phenylen) (dvs. 3-AGNR). Indførelse af co-adsorberet atomær oxygen reducerede væsentligt den temperatur, der krævedes for at inducere den laterale fusionsreaktion. Identifikationen af ​​denne katalytiske effekt kunne gavne syntese på overfladen, der anvender dehydrogeneringsreaktioner, ikke begrænset til GNR'er, og fremhæver potentialet af yderligere atomare adsorbater til at styre overfladereaktioner.