[发明专利]一种纳米孔石墨烯及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米孔石墨烯及其制备方法和应用，所述的纳米孔石墨烯为单层结构，或者由单层结构周期性紧密堆积而成的多层结构，所述的单层结构的结构单元为：所述的纳米孔石墨烯的制备方法为：在惰性气体保护下，将单体A、单体B和催化剂溶解在与水互不相同的有机溶剂中，得到有机溶液，将碱溶解在水中生成碱性水溶液，将有机溶液和碱性水溶液置于同一容器中，形成界面，在大于0℃小于100℃的条件下静置1‑60天，在界面处得到所述的纳米孔石墨烯。该纳米孔石墨烯横向尺度大、有序性高和场效应迁移率高。该制备方法条件温和，操作简单。该纳米孔石墨烯可作为沟道材料，用于制备场效应晶体管和光电效应管。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种纳米孔石墨烯及其制备方法和应用。

背景技术

石墨烯具有巨大的比较面积、高强度的机械性能和优良的导电性等性质，自从2004 年发现以来，该材料在电子学、能源存储、环境治理等领域，获得了广泛的关注和应用。然而，该材料表面被原子及电子云充满，没有额外的孔隙结构，也没有直接能量带隙，这导致该材料没法直接用在晶体管上面。

为了使其能够用于晶体管，人们发现，可以通过在石墨烯内引入孔隙结构的方法给石墨烯引入直接的能量带隙。基于此，人们开发出来了各种方法对其改造。改造的方法主要有两种：1、直接在石墨烯上面钻孔，钻孔的方法有紫外光刻蚀法、电子束轰击法、局部氧化降解法等等；2，直接使用六碘代-环六-间-苯单体在银表面聚合。然而，第一方法工艺条件复杂，制备的孔隙大小一般在数纳米到数百纳米，无法保证孔隙大小完全均匀一致；第二种方法的工艺条件苛刻，需要高温和高真空，得到的纳米材料的横向尺寸很小，只在数纳米到十几纳米，并且该材料负载在金属表面，没有独立存在，不能算真正意义上的石墨烯。

因此，如何建立简单温和的方法，以制备大尺度、高有序性的纳米孔隙石墨烯材料，就成为一个急需解决的问题，否则，对于其实际应用，都是天方夜谭。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种纳米孔石墨烯及其制备方法和应用，该纳米孔石墨烯横向尺度大、有序性高和场效应迁移率高。

该制备方法条件温和，操作简单。

该纳米孔石墨烯可作为沟道材料，用于制备场效应晶体管和光电效应管。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种纳米孔石墨烯，所述的纳米孔石墨烯为单层结构，或者由单层结构周期性紧密堆积而成的多层结构，所述的单层结构的结构单元为：

其中，虚线为对外拓展的化学键。

一种纳米孔石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

在惰性气体保护下，将单体A、单体B和催化剂溶解在与水互不相同的有机溶剂中，得到有机溶液，将碱溶解在水中生成碱性水溶液，将有机溶液和碱性水溶液置于同一容器中，形成界面，在大于0℃小于100℃条件下静置1-60天，在界面处得到所述的纳米孔石墨烯；

所述的单体A的结构通式为：

其中，X为虚线表示与苯环连接的键；

所述的单体B的结构通式为

其中Y为卤素原子、对甲苯磺酸酯基或三氟甲磺酸酯基；

上述的反应如下所示：