2D材料在电子和光电领域显示出优异的性能。对高性能光电器件的广泛需求促进了对多种2D材料的探索。最近，2D共价有机框架(COFs)已成为下一代分层材料，该材料具有π电子骨架和高度有序的拓扑结构，有望改变其光电性能。然而，由于生长的各向异性，COFs通常以固体粉末的形式产生，这使得它们难以集成到器件中。在此，通过选择具有光电活性的四苯乙烯单体，在石墨烯上原位合成了具有高度有序的供体-受体拓扑结构的光敏2D-COF，最终形成了COF-石墨烯异质结构。利用COF_ETBC–TAPT-石墨烯异质结构成功制备了超敏光电探测器，其整体性能优异，在473 nm处的光电响应率约为3.2×107 A W⁻¹，时间响应约为1.14 ms。而且，由于COFs的高表面积和极性选择性，可以通过特定的靶分子可逆地调节光电检测器的光敏特性。这项研究为构建具有可编程材料结构和多样化调节方法的高级功能设备提供了新的策略，为光电子和许多其他领域的高性能应用铺平了道路。
 
 Figure 1. COF_ETBC-TAPT-石墨烯光电探测器。a) COF_ETBC-TAPT的定向生长。b) COF_ETBC-TAPT-石墨烯光电探测器及其测量装置的侧面示意图。c)所制设备的SEM图。
 
 
Figure 2. COF_ETBC-TAPT-石墨烯异质结构的特征。a) COF_ETBC-TAPT顶部视图。b)实验的PXRD图谱(顶部)与A-B形排布的COF_ETBC-TAPT的仿真图谱(底部)比较。c) COF_ETBC-TAPT及其单体的FT-IR光谱。d) COF_ETBC-TAPT -SLG膜、COF_ETBC-TAPT粉体及相应单体粉体和SLG的拉曼光谱。e) COF_ETBC-TAPT-SLG膜的表面形貌。
 
 
Figure 3. 光电探测器设备性能。a)不同照明功率下光电探测器的传输曲线。b)在100 nW的照明功率下，光电流作与栅极电压VG的关系。c)在零栅极电压下，在不同照明功率下，漏极电流与偏置电压的关系。d)与照明功率和偏置电压有关的光电流产生的色度图。e)光诱导电阻变化和光响应率与照明功率的关系。f)光敏度在400 ~ 800 nm范围内为照明波长的函数。
 

Figure 4. 设备的光电流动力学。a)暗光交替照明下的光敏性能。b)一个周期光调制的归一化光电流动力学放大图。c)设备性能总结。
 
 
Figure 5. 由目标分子调节的光电子性质。a) COF_ETBC-TAPT -石墨烯薄膜表面气体分子吸收和电荷转移的示意图。b)不同气体分子在黑暗中的I_DS-V_DS特性曲线。c)不同气体环境中光电流的产生。

       相关研究成果于2020年由南京大学Yanqing Lu课题组，发表在Adv. Mater. ( DOI: 10.1002/adma.201907242)上。原文：Ultrahigh Responsivity Photodetectors of 2D Covalent Organic Frameworks Integrated on Graphene