在材料科學和納米科學/技術的交叉領域，尺寸極小（包括量子尺寸和亞納米尺寸）的材料引起了越來越多的興趣。然而，通過物理策略有效、可控地生產尺寸極小的材料仍然是一個巨大的挑戰。在此，報告了一種全物理自上而下的方法，用于生產晶格完全破碎的亞1納米石墨烯。獲得了具有單層結構、橫向尺寸約為0.5 nm的石墨烯亞納米材料（GSN）。與塊體、納米片和量子片相比，本征GSN呈現出極其增強的光致發光和非線性飽和吸收性能以及獨特的載流子行為。亞 1 nm 石墨烯中完全暴露和破碎的本征晶格引起的非平衡態可能決定其極端性能。我們的工作展示了破碎晶格的巨大潛力，并為亞納米材料提供了新的見解。
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Fig 1. 用于生產亞 1 nm 石墨烯的全物理自上而下方法。 (a) 制造過程示意圖。 (b) SEM 和 TEM 圖像顯示從石墨到 GSN 的尺寸逐步縮小。
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Fig 2. 亞 1 nm 石墨烯的顯微和光譜表征。 (a) TEM 圖像和 (d) GSN 相應的橫向尺寸分布。 (b) AFM 圖像和 (e) GSN 相應的高度分布。 (c) AFM 圖像中沿紅色箭頭的高度剖面。 (f) 拉曼光譜。(g) XRD 圖案。顯示了批量、NS 和 QS 的數據以進行比較。 (h,i) 石墨 (h) 和 GSN (i) 的高分辨率 C 1s XPS 譜。
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Fig 3. 亞 1 nm 石墨烯分散體的 PL 性能。 (a) 紫外-可見吸收光譜（0.01 mg mL-1，NMP），插圖顯示日光下分散體的照片。 (b) GNS、GQS 和 GSN 的 PL 光譜（420 nm，0.005 mg mL-1，NMP）。 (c) 激發波長相關的 PL 行為。 (d) 濃度依賴性 PL 行為。 (e) 溶劑依賴性 PL 行為。 (f) GSN 的 PL 壽命。
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Fig 4. 亞 1 nm 石墨烯固體薄膜的 NLO 性能。 (a) PMMA 和 GSNs-PMMA 薄膜 (0.1 wt%) 的紫外可見吸收光譜。插圖是相應的照片。 (b) 非線性飽和吸收曲線。 (c) 歸一化吸收曲線。空心點是實驗數據，實線是數據的分析擬合。入射激光束如下：波長800nm、脈沖100fs、重復頻率1kHz。 (d) 石墨烯基 SA 的 NSA 性能綜合比較。
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Fig 5.亞 1 nm 石墨烯分散體的瞬態吸收光譜。 (a-c, g-i) TA 光譜在 400 nm (a-c) 和 800 nm (g-i) 泵浦，注量為 70 μW。 (d-f, j-l) 泵浦波長為 400 nm (d-f) 和 800 nm (j-l) 的動態曲線，注量為 70 μW。藍色圓圈代表實驗數據，紅線是具有兩個衰減常數的數據的雙指數擬合。(a,d,g,j) GNS。 (b,e,h,k) GQS。 (c,f,i,l) GSN。
相關研究工作由國家納米科學中心Xinfeng Liu和Yong Zhang課題組于2023年聯合發表在《Advanced Materials》期刊上，Tailoring Graphite into Subnanometer Graphene，原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.202310022
轉自《石墨烯研究》公眾號
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