含非六元環石墨烯納米帶的表面精準合成論文信息

　　石墨烯納米帶（GNRs）作為準一維納米結構，因其可調控的電學和磁學特性，在下一代電子學和量子計算中展現出巨大潛力。GNRs的帶隙依賴于其寬度和邊緣構型，例如扶手椅型GNRs的帶隙隨寬度變化，而鋸齒型和手性構型則具有自旋極化邊緣態。為進一步優化GNRs的電子學特性，研究者探索了多種帶隙調控策略，包括邊緣工程、雜原子取代以及結構修飾等。此外，在sp2雜化的碳晶格中嵌入非六元環結構可通過引入局部子晶格缺陷來調整能帶結構，理論預測這種方法可顯著調控GNRs 的帶隙、局域態與自旋/磁學特性。

　　然而，非六元環GNRs的合成因熱力學不穩定性而面臨挑戰，傳統自上而下方法（如光刻切割和溶液超聲）難以實現原子級精度。相比之下，表面合成技術通過前體分子在襯底上的化學反應（如Ullmann偶聯和環化脫氫），結合掃描隧道顯微鏡（STM）、非接觸原子力顯微鏡（nc-AFM）等先進表征手段，為原子精確構建非六元環GNRs提供了有效途徑。本綜述總結了通過表面合成方法合成含非六元環GNRs的最新進展，重點探討了前體分子設計和反應路徑，為未來開發具有獨特電子和磁學特性的功能碳納米結構提供指導。

　　同濟大學許維團隊系統綜述了近年來通過表面化學反應精準合成含非六元環GNRs的最新研究進展。作者詳細歸納了幾種典型的表面合成途徑：一是通過精心設計芳香前體分子、選擇特定取代位點和官能團，利用Ullmann偶聯結合脫氫環化反應，實現含四元環、五元環、八元環等GNRs結構的精準構筑；二是通過 [2+2] 環加成反應直接形成四元環片段；三是通過鏈間熔合反應實現更寬更多元的非六元環GNRs結構；四是通過熱誘導骨架重排反應獲得傳統反應無法合成的新穎雜元環結構。文中結合STM、nc-AFM和第一性原理計算（DFT），揭示了這些反應的反應路徑和各自的反應特點。研究顯示，非六元環的引入不僅顯著改變了GNRs的帶隙寬度和邊緣態分布，還可能賦予其自旋極化、拓撲態等新特性。

　　文章最后指出，目前此類反應仍受限于高溫脫氫所帶來的選擇性低和產率不穩定等問題，且大多依賴金屬基底，向絕緣或半導體基底的可控合成與器件化轉移仍是重要挑戰。未來的研究將需在低能壘反應設計、前驅體模塊化合成和多組分異質結構筑方面進一步突破，以推動含非六元環GNRs在電子、自旋及量子器件領域的實際應用。

論文信息

On-Surface Precise Synthesis of Non-Hexagonal Ring-Embedded Graphene Nanoribbons

Hao Qu, Mali Zhao, Wei Xu

Chemistry – A European Journal

信息來源：WileyChem