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構性能。 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，與未經處理的原始石墨烯相比，氫化石墨烯的進一步脫氫呈現出更原始的基面，并具有更高的載流子遷移率。研究結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的晶體管形式系統地承載一系列表面化學物質。
圖1。（a）未經處理的石墨烯的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圖像及其相應的二進制圖像，用黑色和白色分別表示清潔區域和受污染的區域，清潔度（-59％）通過圖像中的像素總數劃分白像素的數量。（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移法沉積在BaF
2上。所有石墨烯樣品在制備后3天內表征。
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）的相應原子比。（f）表面清潔與水吸附之間的相關性，用于未處理的G和60 s H-G。
圖4 脫氫后石墨烯的光學和電性能。 （a）未處理的G和DH-G的光學顯微鏡圖像。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）激光激發來記錄光譜。 （c）在液體門控構型制造的GFET的示意圖。 （d）電導（G）作為未處理的G，H-G（60s）和在Si晶片上轉印的H-G（60s）和DH-G的柵極電壓（Vg）的函數。 （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境條件下進行。
相關科研成果由萊頓大學Lin Jiang和Pauline M.G.van Deursen等人于2021年發表在Science China Chemistry（DOI:
10.1007/s11426-020-9959-5）上。原文：Reversible hydrogenation restores defected graphene to graphene。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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