在各个领域碳材料都有着广泛的应用，例如在电子、光电子和材料科学领域。其中，石墨烯作为碳材料大家族中的重要成员，由于其独特的电子性质和优异的力学性能，在诸多应用中需求量最大。然而，尽管石墨烯具有许多优势，但在某些方面存在着一些限制，例如其天然形态的半金属特性使其无法直接用作半导体，这限制了其在电子器件中的应用。此外，石墨烯在特定条件下易受氧化、机械损伤等因素的影响，从而降低了其稳定性和可靠性。

麦吉尔大学化学系Dmytro F. Perepichka & Rustam Z. Khaliullin教授团队针对当前石墨烯技术存在的不足提出了一种新的解决方案，即通过在石墨烯结构中引入吲哚蓝结构单元来改变其电子性质，从而创造出具有更多潜在应用的新型碳纳米材料。结果表明，这种新型碳纳米材料具有良好的稳定性和优异的电子性能，为碳材料在电子和光电子应用领域的进一步发展提供了新的思路和方向。

相关研究成果以“Prediction of highly stable 2D carbon allotropes based on azulenoid kekulene”为题，3月4日发表于《Nature communications》。

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研究人员通过将吲哚蓝衍生物引入石墨烯晶格中，成功地设计出了一系列稳定的二维碳材料，这些材料具有多样的电子性质，包括半导体、Dirac锥半金属和金属特性。特别地，研究人员发现，通过适当放置吲哚蓝单元，可以在材料中生成次能隙，这在二维碳材料中是罕见的现象。这一发现为二维材料在光电子应用中的应用提供了新的可能性。此外，本研究还展示了通过调整碳材料的结构，例如引入杂质、掺杂、钝化和应变等手段，可以进一步调节材料的性质。这为研究人员提供了一种新的方法，通过工程化设计稳定的多带隙半导体，从而扩展了碳纳米材料在电子和光电子应用中的潜在应用范围。

原文：https://doi.org/10.1038/s41467-024-46279-8

信息来源：石墨烯联盟