石墨烯类多孔聚合物的原子精度

二维碳层，即石墨烯，被认为是半导体工业中硅的可能替代品。这些层的电子特性可以通过在其结构中“建立”特定的孔阵列来改变。瑞士Empa的物理学家和德国美因茨马克斯普朗克聚合物研究所的化学家首次成功地合成了一种具有原子精度的类石墨烯多孔聚合物。

石墨烯由一个二维碳层组成，其中碳原子排列在类似蜂巢的六角形晶格上。碳纳米管是卷起来的石墨烯薄片，厚厚的石墨烯薄片形成石墨。

石墨烯具有一些非常特殊的特性——它具有极强的抗撕裂性，是一种优秀的热导体，并能协调脆性和延展性等相互矛盾的特性。此外，石墨烯对气体是不渗透的，这使得它在气密薄膜等应用中很有趣。由于其独特的电子特性，石墨烯被认为是半导体技术中硅的可能替代材料。

通过在石墨烯薄片中插入特定尺寸和分布的孔，应该可以赋予这种材料特定的电子特性。因此，国内外对二维类石墨烯聚合物的合成和表征进行了大量的研究。石墨烯和类石墨烯聚合物是目前材料科学领域的热门研究课题，今年的Körber欧洲科学奖被授予荷兰物理学家安德烈·海姆(Andre Geim)，以表彰欧洲杯足球竞彩他在二欧洲杯线上买球维碳晶体领域的开创性研究。

新的制造方法:金属表面“自下而上”合成

与美因茨马克斯·普朗克聚合物研究所的同事们一起，来自电子探针“s”(电子邮件保护)“实验室首次成功合成了具有明确孔隙的类石墨烯聚合物。为了实现这一壮举，研究人员允许功能化苯环的化学构建块在银基板上自发地“生长”成一个二维结构。这就创造了一种多孔形式的石墨烯，其孔径只有单个原子，孔与孔之间的间距小于一纳米。

到目前为止，多孔石墨烯一直是通过光刻工艺制造的，在此过程中，孔洞随后被蚀刻到材料层中。然而，这些空穴的直径比几个原子大得多。与Empa和马克斯·普朗克小组开发的基于分子自组装的“自下而上”技术相比，它们彼此之间的距离不那么近，形状也明显不那么精确。在这个过程中，分子结构块在化学定义的连接点自发地连接在一起，形成一个规则的二维网络。这使得类石墨烯聚合物可以通过比其他技术更细的孔来合成。