在材料科学和纳米科学/技术的交叉领域，尺寸极小（包括量子尺寸和亚纳米尺寸）的材料引起了越来越多的兴趣。然而，通过物理策略有效、可控地生产尺寸极小的材料仍然是一个巨大的挑战。在此，报告了一种全物理自上而下的方法，用于生产晶格完全破碎的亚1纳米石墨烯。获得了具有单层结构、横向尺寸约为0.5 nm的石墨烯亚纳米材料（GSN）。与块体、纳米片和量子片相比，本征GSN呈现出极其增强的光致发光和非线性饱和吸收性能以及独特的载流子行为。亚 1 nm 石墨烯中完全暴露和破碎的本征晶格引起的非平衡态可能决定其极端性能。我们的工作展示了破碎晶格的巨大潜力，并为亚纳米材料提供了新的见解。
  
Fig 1. 用于生产亚 1 nm 石墨烯的全物理自上而下方法。 (a) 制造过程示意图。 (b) SEM 和 TEM 图像显示从石墨到 GSN 的尺寸逐步缩小。
  
Fig 2. 亚 1 nm 石墨烯的显微和光谱表征。 (a) TEM 图像和 (d) GSN 相应的横向尺寸分布。 (b) AFM 图像和 (e) GSN 相应的高度分布。 (c) AFM 图像中沿红色箭头的高度剖面。 (f) 拉曼光谱。(g) XRD 图案。显示了批量、NS 和 QS 的数据以进行比较。 (h,i) 石墨 (h) 和 GSN (i) 的高分辨率 C 1s XPS 谱。
 
Fig 3. 亚 1 nm 石墨烯分散体的 PL 性能。 (a) 紫外-可见吸收光谱（0.01 mg mL-1，NMP），插图显示日光下分散体的照片。 (b) GNS、GQS 和 GSN 的 PL 光谱（420 nm，0.005 mg mL-1，NMP）。 (c) 激发波长相关的 PL 行为。 (d) 浓度依赖性 PL 行为。 (e) 溶剂依赖性 PL 行为。 (f) GSN 的 PL 寿命。
  
Fig 4. 亚 1 nm 石墨烯固体薄膜的 NLO 性能。 (a) PMMA 和 GSNs-PMMA 薄膜 (0.1 wt%) 的紫外可见吸收光谱。插图是相应的照片。 (b) 非线性饱和吸收曲线。 (c) 归一化吸收曲线。空心点是实验数据，实线是数据的分析拟合。入射激光束如下：波长800nm、脉冲100fs、重复频率1kHz。 (d) 石墨烯基 SA 的 NSA 性能综合比较。
 
Fig 5.亚 1 nm 石墨烯分散体的瞬态吸收光谱。 (a-c, g-i) TA 光谱在 400 nm (a-c) 和 800 nm (g-i) 泵浦，注量为 70 μW。 (d-f, j-l) 泵浦波长为 400 nm (d-f) 和 800 nm (j-l) 的动态曲线，注量为 70 μW。蓝色圆圈代表实验数据，红线是具有两个衰减常数的数据的双指数拟合。(a,d,g,j) GNS。 (b,e,h,k) GQS。 (c,f,i,l) GSN。
 
      相关研究工作由国家纳米科学中心Xinfeng Liu和Yong Zhang课题组于2023年联合发表在《Advanced Materials》期刊上，Tailoring Graphite into Subnanometer Graphene，原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202310022

转自《石墨烯研究》公众号

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