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Angew. Chem. :金属石墨炔作为一类新型光功能二维金属有机纳米片

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碳材料及其富碳材料,最早的石墨、炭黑和钻石等,在人类历史上一直受到重点关注。尤其在1985年富勒烯发现以来,科学家们一直致力于发展新的零至二维等低维碳和富碳纳米材料,包括纳米金刚石、碳纳米管、碳点、石墨烯等,每一种发现都成为当时国际学术研究的前沿和热点,已经形成了交叉科学的独立研究领域。直至2010年,中国科学家首次成功合成了大面积的石墨二炔薄膜,独特的电子结构使其在能量储存与传输、催化、电磁、传感和生物医学与医疗领域获得了广泛的研究和应用。


金属元素作为一种新的功能基团引入石墨炔框架结构中,开发一类新型的金属化石墨炔材料,结合金属中心和石墨炔的优点,有望成为一类具有潜在和重要应用前景的二维富碳材料,为富碳材料和二维材料“家族”又诞生一个新的成员。


近日,香港理工大学黄维扬教授、中国科学院理化技术研究所谢政研究员和山东大学王正平教授合作,首次报道了利用液/液和气/液界面辅助自下而上的生长方法,成功制备了两种连续大面积自支撑汞-石墨炔纳米片HgL1和HgL2,并实现了在非线性光学领域的应用


通过限制二维空间中分子前体的空间排列实现结构和形态控制,从而实现金属石墨炔纳米片大面积高质量地化学生长,并且具有低表面粗糙度、层状分子排列和增强的π共轭的连续二维结构,展示出稳定且出色的宽带非线性饱和吸收特性(在532 nm和1064 nm)。

以两种汞-石墨炔纳米片为饱和吸收体,实现了1064 nm波长下的被动调Q性能。HgL1纳米片多项性能可媲美性能优异的二维纳米材料,如石墨烯、黑磷、二硫化钼等,而HgL2纳米片表现出更好的脉冲性能,如更大的单脉冲能量(0.541 μJ)和更高的峰值功率(1.23 W)。


因此,金属石墨炔不仅是一类新型二维富碳材料,而且可以作为稳定、高性能、廉价、易得的光电器件制造材料。这将对用于二维光电纳米材料和器件的各种结构设计有所帮助。通过改变分子结构(例如金属离子以及有机配体中的纳米结构和官能团)、前体的浓度和制备条件,实现调节自支撑高质量纳米片的化学纳米结构和宏观形态。这项工作揭示了二维金属化石墨炔纳米材料不仅可以超越石墨烯,成为稳定的二维纳米材料的新家族,而且具有独特的性能和应用前景。

论文信息:

Metallated Graphynes as a New Class of Photofunctional 2D Organometallic Nanosheets


Linli Xu, Jibin Sun, Tianhong Tang, Hongyang Zhang, Mingzi Sun, Jianqi Zhang, Jiahua Li, Bolong Huang, Zhengping Wang, Zheng Xie, Wai Yeung (Raymond) Wong

文章第一作者是香港理工大学Research Fellow许林利博士、中国科学院理化技术研究所孙继斌助理研究员、山东大学硕士研究生唐天鸿和香港理工大学博士后张红阳。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202014835



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