石墨烯具有较高的电子迁移率、柔性和稳定性，在下一代电子技术的发展中具有重要意义。然而，由于不存在带隙，石墨烯晶体管的导电/截止电流比很差。引入能隙的一种方法是使用氢化反应，该反应将石墨烯转变为具有sp³键的绝缘石墨烷。在这里，我们表明，在包含离解氢离子的有机液体电解质中，通过可逆的电化学加氢作用，电场可用于控制微尺度石墨烯中的导体到绝缘体的转变。完全氢化的石墨烯具有200 GΩ sq^-1的较低薄层电阻极限，因此在室温下，石墨烯场效应晶体管的导电/截止电流比为108。该器件还具有很高的耐用性，具有高达1百万次的开关周期。在双层石墨烯中也观察到类似的绝缘行为，而三层石墨烯在氢化后仍保持高导电性。石墨烯晶格的变化，以及从sp²到sp³杂交的转变，通过原位拉曼光谱法得到证实，并得到第一性原理的计算支持。
 

Fig. 1 MLG中可逆加氢的电场控制。
 

Fig. 2 氢化MLG绝缘和开关行为的表征。
 

Fig. 3 BLG和TLG中可逆加氢的电场控制。
 

Fig. 4 氢化的MLG，BLG和TLG的DFT计算。
 
        相关研究成果于2021年由清华大学Jinsong Zhang 课题组，发表在Nature Electronics（https://doi.org/10.1038/s41928-021-00548-2）上。原文：Large transport gap modulation in graphene via electric-field-controlled reversible hydrogenation。

转自《石墨烯杂志》公众号