CVD法制備石墨烯
1. Proc Natl Acad Sci：液態(tài)銅上生長(zhǎng)大面積 、六角形、單晶石墨烯
六邊形石墨烯片在鎢基底上平坦液態(tài)銅表面的生長(zhǎng)
本文亮點(diǎn)
?消除晶界的影響，導(dǎo)致低的成核密度和成核更均勻
?石墨烯片懸浮在液態(tài)銅表面能自組裝成致密、連續(xù)的膜
?能獲得單層、單晶、大面積、形狀規(guī)則、單分散石墨烯片
?單個(gè)規(guī)則六角石墨烯尺寸大于100微米
文獻(xiàn)鏈接
D. Geng,B. Wu,Y. Guo,L. Huang,Y. Xue,J. Chen,G. Yu,L. Jiang,W. Hu, & Y. Liu, Uniform hexagonal graphene flakes and films grown on liquid copper surface, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109 (21) 7992-7996, (2012).
https://doi.org/10.1073/pnas.1200339109
2. Journal of the American Chemical Society：石墨烯的分形刻蝕
六邊形石墨烯片在鎢基底上平坦液態(tài)銅表面的生長(zhǎng)
本文亮點(diǎn)
首先產(chǎn)生簡(jiǎn)單的支化狀線條，然后類似的線狀結(jié)構(gòu)繼續(xù)生長(zhǎng)，逐步形成分形結(jié)構(gòu)
文獻(xiàn)鏈接
Dechao Geng, Bin Wu, Yunlong Guo, Birong Luo, Yunzhou Xue, Jianyi Chen, Gui Yu*, Yunqi Liu*, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 17, 6431–6434
https://doi.org/10.1021/ja402224h
3. Journal of the American Chemical Society：二氧化硅基片上氧輔助生長(zhǎng)多晶石墨烯
本文亮點(diǎn)
?直接制備的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管FETs，遷移率約 531 cm2V-1s-1
?與硅工藝兼容
文獻(xiàn)鏈接
Chen, Y. Wen, Y. Guo, B. Wu, L. Huang, Y. Xue, D. Geng, D. Wang, G. Yu, and Y. Liu, “Oxygen-aided synthesis of polycrystalline graphene on silicon dioxide substrates”, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 17548.
https://doi.org/10.1021/ja2063633
4. Advanced Materials：兩段法在氮化硅基片上生長(zhǎng)石墨烯薄膜
本文亮點(diǎn)
?光學(xué)顯微鏡顯示均勻的形貌
?SEM顯示多晶結(jié)構(gòu)
?薄膜中石墨烯疇晶的尺寸達(dá)1 μm
文獻(xiàn)鏈接
Chen, Y. Guo, Y. Wen, L. Huang, Y. Xue, D. Geng, B. Wu, B. Luo, G. Yu, and Y. Liu, “Two-Stage Metal-Catalyst-Free Growth of High-Quality Polycrystalline Graphene Films on Silicon Nitride Substrates”, Adv. Mater. 2013, 25, 992.
https://doi.org/10.1002/adma.201202973
5. Advanced Materials：接近平衡態(tài)在各種介電襯底上生長(zhǎng)單晶石墨烯
本文亮點(diǎn)
?高質(zhì)量單晶石墨烯最大尺寸11微米
?載流子遷移率達(dá) 5650 cm2/V s
文獻(xiàn)鏈接
Chen, Y. Guo, L. Jiang, Z. Xu, L. Huang, Y. Xue, D. Geng, B. Wu, W. Hu, G. Yu, and Y. Liu, “Near-Equilibrium Chemical Vapor Deposition of High-Quality Single-Crystal Graphene Directly on Various Dielectric Substrates”, Adv. Mater. 2014, 26, 1348.
https://doi.org/10.1002/adma.201304872
6. Nano Letters：氮摻雜的石墨烯
本文亮點(diǎn)
?氮摻雜是調(diào)控電學(xué)性能的一種有效手段：打開帶隙，并具有n型導(dǎo)電特征
?存在三種形式的氮：石墨氮吡啶氮和吡咯氮
?n-半導(dǎo)體遷移率200-450cm2 /V s，開關(guān)比103
文獻(xiàn)鏈接
Wei, Y. Liu, Y. Wang†, H. Zhang, L. Huang and G. Yu, “Synthesis of N-Doped Graphene by Chemical Vapor Deposition and Its Electrical Properties”, Nano Lett. 2009, 9, 1752.
https://doi.org/10.1021/nl803279t
7. Journal of the American Chemical Society：吡咯分子間脫氫低溫生長(zhǎng)氮摻雜單晶石墨烯
本文亮點(diǎn)
?Dirac點(diǎn)位移到負(fù)的柵電壓
? n-型導(dǎo)電特性
?n-半導(dǎo)體遷移率53.5-72.9 cm2 /V s
文獻(xiàn)鏈接
Xue, B. Wu, L. Jiang, Y. Guo, L. Huang, J. Chen, J. Tan, D. Geng, B. Luo, W. Hu, G. Yu, and Y. Liu, “Low Temperature Growth of Highly Nitrogen-Doped Single Crystal Graphene Arrays by Chemical Vapor Deposition” J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 11060.
https://doi.org/10.1021/ja302483t
8. Advanced Materials：大面積純單層電學(xué)性能均勻的單晶石墨烯制備
單晶Cu(111)箔的制備及表征
多層石墨烯的自底向上蝕刻
本文亮點(diǎn)
?“循環(huán)電化學(xué)拋光結(jié)合高溫退火”的方法，制備了大尺寸(4x32 cm2)單晶Cu(111)基底。
?采用兩步碳源濃度供給的“自下而上選擇性刻蝕”策略，成功制備了大面積單層單晶石墨烯(17 cm2)。
?太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)研究表明：薄膜平均面電導(dǎo)率為2.8 mS，平均載流子遷移率為6903 cm2V-1s-1。
文獻(xiàn)鏈接
W. Q. Yao, J. N. Zhang, J. Ji, H. Yang, B. B. Zhou, X. Chen, P. Bøggild, P. U. Jepsen, J. L. Tang, F. Y. Wang, L. Zhang, J. H. Liu, B. Wu, J. C. Dong, Y. Q. Liu, Bottom-Up-Etching-Mediated Synthesis of Large-Scale Pure Monolayer Graphene on Cyclic-Polishing-Annealed Cu(111). Adv. Mater. 2022, 34, 2108608.
https://doi.org/10.1002/adma.202108608
9. Advanced Materials：石墨烯用作電極修飾材料
本文亮點(diǎn)
?遷移率提高近10倍
? 接觸電阻石墨烯/并五苯:0.16-0.18M，銅/并五苯:1.56M，銀/并五苯:1.8M
文獻(xiàn)鏈接
C. A. Di, D. C. Wei, G. Yu, Y. Q. Liu, Y. L. Guo and D. B. Zhu, “Patterned Graphene as Source/Drain Electrodes for Bottom Contact Organic Field-Effect Transistors,” Advanced Materials, Vol. 20, No. 17, 2008, pp. 3289-3293.
https://doi.org/10.1002/adma.200800150
10. Journal of the American Chemical Society：模板法制備石墨烯帶
本文亮點(diǎn)
?可控制備具有特定形貌的少層石墨烯帶
?4-9 V間可逆納機(jī)電開關(guān)，燒斷縫隙30-200納米
?邏輯或門
文獻(xiàn)鏈接
Dacheng Wei，Yunqi Liu*，Hongliang Zhang，Liping Huang，Bin Wu，Jianyi，ChenGui Yu，Scalable Synthesis of Few-Layer Graphene Ribbons with Controlled Morphologies by a Template Method and Their Applications in Nanoelectromechanical Switches. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 31, 11147–11154
https://doi.org/10.1021/ja903092k
11. Nature Communications：石墨烯帶/單壁碳納米管分子內(nèi)結(jié)
本文亮點(diǎn)
?利用單壁碳納米管，可控解離制備的分子內(nèi)結(jié)
?跨結(jié)柵極依賴整流行為
?邏輯或門
?光電流Ip1.6 nA; 光電壓Vp: 270 mV
文獻(xiàn)鏈接
Wei, D., Xie, L., Lee, K. et al. Controllable unzipping for intramolecular junctions of graphene nanoribbons and single-walled carbon nanotubes. Nat Commun 4, 1374 (2013).
https://doi.org/10.1038/ncomms2366
12. Advanced Materials：高分辨，大面積石墨烯電極的制備
本文亮點(diǎn)
?咖啡環(huán)刻蝕技術(shù)
?利用咖啡環(huán)效應(yīng)，開創(chuàng)了一種“咖啡環(huán)平面印刷術(shù)”，?制備了溝道長(zhǎng)度1~2微米的石墨烯電極
文獻(xiàn)鏈接
Zhang, L., Liu, H., Zhao, Y., Sun, X., Wen, Y., Guo, Y., Gao, X., Di, C.-a., Yu, G. and Liu, Y. (2012), Inkjet Printing High-Resolution, Large-Area Graphene Patterns by Coffee-Ring Lithography. Adv. Mater., 24: 436-440.
https://doi.org/10.1002/adma.201103620
MOFs和COFs的制備
1. Angew. Chem. Int. Ed.：電化學(xué)方法在銅箔上制備二維MOF薄膜
本文亮點(diǎn)
?優(yōu)點(diǎn)：大面積;均勻;可控;操作簡(jiǎn)單
?薄膜的厚度由電位和生長(zhǎng)時(shí)間控制
文獻(xiàn)鏈接
Y. Liu, Y. Wei, M. Liu, Y. Bai, X. Wang, S. Shang, J. Chen, Y. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 2887.
https://doi.org/10.1002/anie.202012971
2. Advanced Materials：限域方法在絕緣襯底上制備二維MOF薄膜
晶圓級(jí)2D MOF薄膜制備示意圖。
本文亮點(diǎn)
?避免轉(zhuǎn)移過程、條件溫和、直接制備電子器件
利用毛細(xì)力將制備二維MOF薄膜的銅離子和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)交替引入到由兩片絕緣襯底組成的狹縫內(nèi)，在限定的區(qū)域內(nèi)發(fā)生配位反應(yīng)，從而在石英、藍(lán)寶石、硅片等絕緣襯底表面上直接生長(zhǎng)出大面積的二維Cu2(TCPP) MOF薄膜。該方法不需要襯底轉(zhuǎn)移，與目前的硅加工工藝相兼容。
所制備的MOF薄膜具有高的晶體質(zhì)量, 薄膜電導(dǎo)率為0.007 S cm-1，相比其它羧酸基MOF材料（10–6 S cm–1）提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)。
文獻(xiàn)鏈接
Y. Liu, Y. Wei, M. Liu, Y. Bai, X. Wang, S. Shang, C. Du, W. Gao, J. Chen, Y. Liu, Face-to-Face Growth of Wafer-Scale 2D Semiconducting MOF Films on Dielectric Substrates. Adv. Mater. 2021, 33, 2007741.
https://doi.org/10.1002/adma.202007741
3. Angew. Chem. Int. Ed.：MOF材料模擬人腦神經(jīng)突觸
本文亮點(diǎn)
?首次將二維金屬有機(jī)框架薄膜材料作為活性層應(yīng)用于模擬人腦突觸功能
?優(yōu)異的光刺激突觸可塑性特性，成功實(shí)現(xiàn)了突觸的基礎(chǔ)功能，包括長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)、短時(shí)程增強(qiáng)以及短時(shí)程增強(qiáng)向長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換。
文獻(xiàn)鏈接
Y. Liu, Y. Wei, M. Liu, Y. Bai, G. Liu, X. Wang, S. Shang, W. Gao, C. Du, J. Chen, Y. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 17440.
https://doi.org/10.1002/anie.202106519
4. Angew. Chem. Int. Ed.：近平衡液相法制備吡嗪鏈接的COF材料
近平衡液相法與傳統(tǒng)溶劑熱法制備二維有機(jī)框架材料的對(duì)比。
本文亮點(diǎn)
?優(yōu)點(diǎn): 常溫常壓，無需封管，反應(yīng)條件溫和
?高催化析氫活性
?低過電位(45 mV at 10 mA cm-2)
?非金屬催化的最好結(jié)果
文獻(xiàn)鏈接
Y. Bai, Y. Liu, M. Liu, X. Wang, S. Shang, W. Gao, C. Du, Y. Qiao, J. Chen, J. Dong, Y. Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113067.
https://doi.org/10.1002/anie.202113067
5. Nature Communications：一維導(dǎo)電金屬有機(jī)框架納米帶的可控制備與光電器件
本文亮點(diǎn)
? 1,5-Diamino-4,8-dihydroxy-9,10-anthraceneedione (DDA-蒽醌)-Cu MOF，具有一維π-d共軛納米帶平面及面外π-π堆疊結(jié)構(gòu)的納米帶層，從而實(shí)現(xiàn)沿二維方向的電荷傳輸
? 電學(xué)帶隙與激子結(jié)合能分別約為0.49 eV和0.3 eV
? 組裝柔性光電器件，模擬光刺激神經(jīng)突觸性能
文獻(xiàn)鏈接
Shang, S., Du, C., Liu, Y. et al. A one-dimensional conductive metal-organic framework with extended π-d conjugated nanoribbon layers. Nat Commun 13, 7599 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-022-35315-0
6. Journal of the American Chemical Society：通過控制酸催化劑，實(shí)現(xiàn)了兩種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的2D COFs的選擇性構(gòu)筑
圖1. 亞胺連接的HT-COFs和苯并咪唑連接的BI-HT-COFs的合成路線和模擬結(jié)構(gòu)示意圖。
本文亮點(diǎn)
?首次報(bào)道了通過簡(jiǎn)單地改變酸催化劑，實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二維共價(jià)有機(jī)骨架材料（2D COFs）的選擇性合成，得到的HT-COFs和BI-HT-COFs在能帶結(jié)構(gòu)、化學(xué)穩(wěn)定性、分子吸附以及催化活性等方面表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，從而具有不同的應(yīng)用前景。這項(xiàng)工作不僅豐富了六氨基三苯類二維COF的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還提供了相關(guān)結(jié)構(gòu)-性質(zhì)的研究實(shí)例，將促進(jìn)2D COFs的基礎(chǔ)研究和潛在應(yīng)用。
?BI-HT-COFs用于光催化苯甲硫醚氧化
?HT-COFs與Pd配位，用于電催化析氫
文獻(xiàn)鏈接
Xinyu Wang, Minghui Liu, Youxing Liu, Shengcong Shang, Changsheng Du, Jiaxin Hong, Wenqiang Gao, Chunyu Hua, Helin Xu, Zewen You, Jianyi Chen,* and Yunqi Liu*，Topology-Selective Manipulation of Two-Dimensional Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 26900−26907.
https://doi.org/10.1021/jacs.3c09699
7. Nature Communications：寬帶吸收COFs的設(shè)計(jì)合成及高效光催化胺偶聯(lián)
本文亮點(diǎn)
?設(shè)計(jì)合成了基于DPP和噻吩基團(tuán)的強(qiáng)給體-受體(D-A)COFs，TpDPP-Py COFs吸收范圍從200 nm到900 nm。
?首次發(fā)現(xiàn)COFs的雙光子和三光子吸收特性，顯著提高了太陽能利用率和光催化活性。
?TpDPP-Py COFs在20分鐘內(nèi)對(duì)芐胺的選擇性偶聯(lián)轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%，選擇性為98%，并對(duì)其他亞胺衍生物b表現(xiàn)出了接近100%的轉(zhuǎn)化率。
文獻(xiàn)鏈接
Fang, Y., Liu, Y., Huang, H. et al. Design and synthesis of broadband absorption covalent organic framework for efficient artificial photocatalytic amine coupling. Nat Commun 15, 4856 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-49036-z
8. Angew. Chem. Int. Ed.：二維取向COF基PN異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于光催化合成H2O2
圖1. 基于COFs材料的固有增強(qiáng)型光催化策略。
本文亮點(diǎn)
?MoS2襯底表面生長(zhǎng)COF，形成有序異質(zhì)結(jié)構(gòu)
?與硅片襯底相比，MoS2襯底表面生長(zhǎng)的COF具有面內(nèi)取向結(jié)構(gòu)
?高度有序的層間堆疊、給體-受體的定向排列，以及PN結(jié)構(gòu)，為電荷傳輸提供有效路徑，顯著提升光化性能
該項(xiàng)研究，通過單分子MoS2誘導(dǎo)COFs薄膜自組裝技術(shù)，構(gòu)筑了高取向COFs/MoS2 PN結(jié)薄膜，使催化劑內(nèi)建電場(chǎng)提高了3倍，顯著促進(jìn)了光生載流子分離效率。最終獲得了8154 μmol·g-1·h-1的質(zhì)量活性，顯著高于單一催化劑性能。
文獻(xiàn)鏈接
M. Liu, Y. Xu, Y. Liu, S. Shang, W. Gao, X. Wang, J. Hong, H. Xu, C. Hua, Z. You, Z. Zhou, S. Guo, Y. Liu, J. Chen, Constructing Large-Area Oriented Covalent Organic Framework Based PN Heterostructure Films to Enhance Artificial Photosynthesis of H2O2, Angew. Chem. Int. Ed.. 2025, 64, e202505491.
https://doi.org/10.1002/anie.202505491
9 Journal of the American Chemical Society：快速合成晶習(xí)可控的單晶共價(jià)有機(jī)框架
圖1 大尺寸單晶COF-300的晶體生長(zhǎng)路線（右上角的框顯示了COF-300單形和復(fù)形結(jié)構(gòu)）。
圖2 “催化劑-調(diào)節(jié)劑”雙變量精準(zhǔn)調(diào)控單晶COF-300的晶體習(xí)性。
本文亮點(diǎn)
?提出縮醛/苯胺調(diào)控策略，研究三維晶體生長(zhǎng)習(xí)性
?實(shí)現(xiàn)大尺寸COF-300單晶的快速高效生長(zhǎng),1h生長(zhǎng)到60 mm;48h生長(zhǎng)到120um;30天生長(zhǎng)到300 um
文獻(xiàn)鏈接
Wenqiang Gao†, Ziao Chen†, Jiaxin Hong, YinYue Zhang, Zhao Yang, Minghui Liu, Xinyu Wang, Shengcong Shang, Zewen You, Zhihao Shao, Jichen Dong, Yunlong Guo, Jianyi Chen*, and Yunqi Liu*，Title: Rapid Synthesis of Single-Crystal Covalent Organic Framework with Controllable Crystal Habits, J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 18, 15459–15468.
https://doi.org/10.1021/jacs.5c01638
10. Nature Communications：可逆形狀記憶二維共價(jià)有機(jī)框架
2D COF層間可逆滑移調(diào)控及其氣體分離應(yīng)用
設(shè)計(jì)亮點(diǎn)
?首次提出并定義了“可逆形狀記憶二維共價(jià)有機(jī)框架材料”的概念
?原位監(jiān)測(cè)可逆形狀記憶轉(zhuǎn)換過程，并揭示可逆轉(zhuǎn)換的內(nèi)在機(jī)制。
?首次發(fā)現(xiàn)二維共價(jià)有機(jī)框架限域孔道內(nèi)的反常物理現(xiàn)象 - 熱冰。
文獻(xiàn)鏈接
Shao, M., Chen, J., Gao, W. et al. Reversible shape memory two-dimensional covalent organic frameworks. Nat Commun 16, 9025 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64077-8
11. Journal of the American Chemical Society：自拓展熔鹽驅(qū)動(dòng)的圖案化二維晶體生長(zhǎng)
圖1 圖案化晶體制備及自拓展熔鹽驅(qū)動(dòng)晶體生長(zhǎng)過程
本文亮點(diǎn)
?TMD晶體具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，由頂部的二維晶體與介于晶體和基底之間的中間層組成。
?揭示了晶體生長(zhǎng)過程是由熔融鹽鋪展驅(qū)動(dòng)的，鋪展過程既作為微反應(yīng)器為化學(xué)反應(yīng)提供局域化介質(zhì)，避免了傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積法的全局成核，同時(shí)又作為液態(tài)基底將反應(yīng)限制于液態(tài)熔融鹽表面，保證了高質(zhì)量單層二維晶體的生長(zhǎng)。
?實(shí)現(xiàn)了二維TMD晶體的可控圖案化生長(zhǎng)。
文獻(xiàn)鏈接
Self-Expanding Molten Salt-Driven Growth of Patterned Transition-Metal Dichalcogenide Crystals
(J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI:10.1021/jacs.2c02518)
文獻(xiàn)鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02518
12. Nature：二維單層聚富勒烯的合成
Figure 1. 二維單層聚合物C60的結(jié)構(gòu)
圖1. 單晶XRD測(cè)試分析出的qHP C60和qTP C60晶體結(jié)構(gòu)。
本文亮點(diǎn)
?提出了碳簇代替原子構(gòu)筑碳材料的新策略
?融合“自下而上”和“自上而下”的制備方法，合成了新型碳的單晶材料
?獲得了具有適宜帶隙的半導(dǎo)體二維碳材料
文獻(xiàn)鏈接
Lingxiang Hou, Xueping Cui, Bo Guan, Shaozhi Wang, Ruian Li,Yunqi Liu, Daoben Zhu, Jian Zheng. Synthesis of a monolayer fullerene network. Nature. 2022.
文獻(xiàn)鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04771-5
劉云圻院士簡(jiǎn)介：復(fù)旦大學(xué)教授，中國(guó)科學(xué)院院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士。長(zhǎng)期從事分子材料與器件的研究，發(fā)展了高性能分子材料的設(shè)計(jì)思想，提出了性能調(diào)控的新方法，合成了具有優(yōu)異光電性能的新型π共軛分子材料。共發(fā)表SCI論文600余篇，他人引用3萬余次，h因子大于80，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利70項(xiàng)，出版專著兩部及19章節(jié)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上做大會(huì)/邀請(qǐng)報(bào)告150余次。2007，2016年獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)，2017年獲北京市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，十次獲中國(guó)科學(xué)院優(yōu)秀導(dǎo)師獎(jiǎng)等。2014, 2015, 2016和2017年入選湯森路透全球高被引科學(xué)家目錄。
