共價(jià)有機(jī)骨架（COF）的設(shè)計(jì)和合成的快速發(fā)展為調(diào)節(jié)其電子和磁性以及擴(kuò)展其應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。受控化學(xué)摻雜是調(diào)節(jié)有機(jī)分子和聚合物半導(dǎo)體中電荷載流子注入和傳輸性質(zhì)的傳統(tǒng)途徑。它代表了一種自然策略，但是，尚未針對(duì)COF單層膜（2D COFs）進(jìn)行系統(tǒng)研究，尤其是在與無機(jī)基材接觸時(shí)。在這里，考慮到堿金屬（Na）原子是常規(guī)的摻雜劑，我們?cè)诿芏确汉碚撍窖芯苛嘶谶策腃OF，COF366-OMe的n型摻雜，其形式為獨(dú)立的單層或與石墨烯基底相互作用。通過從每個(gè)Na摻雜劑中接受全電子，發(fā)現(xiàn)COF單層和COF/石墨烯絡(luò)合物有效地實(shí)現(xiàn)n型摻雜。在COF/石墨烯絡(luò)合物上，盡管Na原子與COF的結(jié)合比與石墨烯的結(jié)合更牢固，但轉(zhuǎn)移的電子卻分布在它們之間。結(jié)果，石墨烯的費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)到狄拉克點(diǎn)以上，而二維COF的導(dǎo)帶最小值則極度穩(wěn)定。結(jié)果是顯著降低了石墨烯片和2D COF之間的電子注入勢(shì)壘。我們的研究凸顯了受控COFs的化學(xué)摻雜在調(diào)節(jié)光電應(yīng)用的電荷注入和傳輸特性中可以發(fā)揮的關(guān)鍵作用。
Figure 1. COF366-OMe COF及其構(gòu)建單元、DMA鏈接器和TAPP核的化學(xué)結(jié)構(gòu)
Figure 2. 在DFT/PBE-D3級(jí)別進(jìn)行優(yōu)化的石墨烯上的COF366-OMe單層的俯視圖和側(cè)視圖
Figure 3. COF/石墨烯配合物的DFT/PBE-D3電子能帶結(jié)構(gòu)以及孤立的COF、孤立的石墨烯和COF/石墨烯配合物之間的能級(jí)比對(duì)
Figure 4. COF366-OMe的差分電荷密度（上圖）和自旋密度輪廓（下圖），作為Na原子吸附位置的函數(shù)
Figure 5. 鈉摻雜石墨烯的頂視圖和能帶結(jié)構(gòu)以及沉積在石墨烯上的鈉摻雜COF366-OMe的孔構(gòu)型
相關(guān)研究成果于2020年由亞利桑那大學(xué)Hong Li和Jean-Luc Brédas課題組，發(fā)表在Chem. Mater.（https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c02913）上。原文：Doping Modulation of the Charge Injection Barrier between a Covalent Organic Framework Monolayer and Graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)：
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