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(zhàn)。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(fā)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(tài)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(fā)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(tài)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(tài)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(fā)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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