Identifizierung von halbleitenden Bereichen in thermisch behandeltem monolagigem Oxo‐funktionalisiertem Graphen

• Published in: Angewandte Chemie 2020-08, Vol.132 (32), p.13760-13765
• Main Authors: Wang, Zhenping, Yao, Qirong, Neumann, Christof, Börrnert, Felix, Renner, Julian, Kaiser, Ute, Turchanin, Andrey, Zandvliet, Harold J. W., Eigler, Siegfried
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Chemistry; Elektrische Transporteigenschaften; Graphenoxid; Halbleiter; Mikroskopie; Oxofunktionalisiertes Graphen
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.202004005

Die thermische Zersetzung von Graphenoxid (GO) ist auf atomarer Ebene ein komplexer Prozess und noch nicht vollständig verstanden. In dieser Untersuchung wurde eine Unterklasse von GO verwendet, oxofunktionalisiertes Graphen (oxo‐G), um die thermische Disproportionierung zu untersuchen. Wir stellen den Einfluss des Erhitzens auf die elektronischen Eigenschaften einer einschichtigen oxo‐G‐Flocke vor und korrelieren die chemische Zusammensetzung und die Topographie durch Zwei‐Kontakt‐Transportmessungen, XPS, TEM, FTIR und STM. Überraschenderweise fanden wir heraus, dass oxo‐G, das auf 300 °C erhitzt wurde, neben Graphendomänen und Löchern auch C‐C‐sp3‐Bereiche und möglicherweise C‐O‐C‐Bindungen enthält. Auffallend ist, dass diese C‐O‐C/C‐C‐sp3‐getrennten sp2‐Bereiche mit wenigen Nanometern Durchmesser Halbleitereigenschaften mit einer Bandlücke von etwa 0.4 eV aufweisen. Wir schlagen vor, dass sp3‐Bereiche konjugierte sp2‐C‐Atomgruppen einschließen, was zu den lokalen Halbleitereigenschaften führt. Dementsprechend ist Graphen mit sp3‐C in Doppelschichtbereichen eine potentielle Klasse von Halbleitern und ein potentielles Ziel für zukünftige chemische Modifikationen. Lokalisierte halbleitende Bereiche werden durch Erhitzen von oxofunktionalisiertem Graphen erzeugt, durch die Bildung von sp3‐Bereichen, die sp2‐graphenartige Strukturen isolieren. Die halbleitenden Bereiche haben eine Bandlücke von 0.4 eV. Die Entdeckung der strukturellen und elektronischen Erkenntnisse ebnet den Weg zu neuartigen Halbleitern.