石墨烯作為二維材料容易受到碳氫化合物污染，這會顯著改變其固有的電子結(jié)構(gòu)性能。 在這里，通過實施了一種簡便的加氫-脫氫策略來去除碳氫化合物污染并保持單層石墨烯的優(yōu)異電子傳輸特性。通過使用電子顯微鏡定量表征了氫化石墨烯與未處理的樣品相比，其清潔度提高。原位光譜研究表明，加氫處理促進了水在石墨烯表面的吸附，從而形成了防止碳氫化合物分子再沉積的保護層。此外，與未經(jīng)處理的原始石墨烯相比，氫化石墨烯的進一步脫氫呈現(xiàn)出更原始的基面，并具有更高的載流子遷移率。研究結(jié)果為石墨烯提供了一種實用的生長后清潔方案，可保持表面清潔度和晶格完整性，以性能良好且可重復(fù)的晶體管形式系統(tǒng)地承載一系列表面化學(xué)物質(zhì)。
圖1。（a）未經(jīng)處理的石墨烯的HRTEM圖像。FFT模式的插圖在4.7nm
-1中顯示出六個反射，證明單層石墨烯的結(jié)晶度。（b）在未處理的石墨烯（G）的氫化60秒后氫化石墨烯（H-G）的HRTEM圖像，顯示出污染水平的減低。FFT模式的六次反射（4.7nm
-1）表示石墨烯晶格完整性的保存。（c）H-G的一個放大的HRTEM圖像。（d）H-G（60s）的TEM圖像及其相應(yīng)的二進制圖像，用黑色和白色分別表示清潔區(qū)域和受污染的區(qū)域，清潔度（-59％）通過圖像中的像素總數(shù)劃分白像素的數(shù)量。（e）未處理的石墨烯清潔度與氫化石墨烯清潔度相比。
圖2通過原位TPD-IR表征石墨烯表面的水吸附實驗。未處理的G（a）和H-G（60 s，b）的IR光譜從180?320K增加，增量為15至20K。（a，b）中的插圖是未處理的G和HG的相應(yīng)在BaF
2基底上的拉曼光譜。 （c）當溫度從180到320 K增加時，未經(jīng)處理的G和H-G的水解吸速率增加。 （d）用于TPD-IR測量的HV室的示意圖。將所有石墨烯樣品通過無聚合物轉(zhuǎn)移法沉積在BaF
2上。所有石墨烯樣品在制備后3天內(nèi)表征。
圖3 （a）UHV中的高分辨率碳（C）1s光譜。（b）UHV中的高分辨率氧（O）1s光譜。 （c）在1mbar H
2O存在下的高分辨率O 1s光譜。（d）UHV中C 1s的原子比。（e）從計算峰面積的Cu（黑色）和C（紅）和C（紅色）的相應(yīng)原子比。（f）表面清潔與水吸附之間的相關(guān)性，用于未處理的G和60 s H-G。
圖4 脫氫后石墨烯的光學(xué)和電性能。 （a）未處理的G和DH-G的光學(xué)顯微鏡圖像。紅色圓圈表示與聚合物殘留物污染的斑點。 （b）60s H-g的拉曼光譜，在350℃下退火1小時后的DH-G，并在Si晶片上未處理的G. 使用2.33eV（532nm）激光激發(fā)來記錄光譜。 （c）在液體門控構(gòu)型制造的GFET的示意圖。 （d）電導(dǎo)（G）作為未處理的G，H-G（60s）和在Si晶片上轉(zhuǎn)印的H-G（60s）和DH-G的柵極電壓（Vg）的函數(shù)。 （e）未處理的G和DH-G的遷移率（μ）值的比較。所有測量都在室溫下在環(huán)境條件下進行。
相關(guān)科研成果由萊頓大學(xué)Lin Jiang和Pauline M.G.van Deursen等人于2021年發(fā)表在Science China Chemistry（DOI:
10.1007/s11426-020-9959-5）上。原文：Reversible hydrogenation restores defected graphene to graphene。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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