[发明专利]一种二维共价网格及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二维共价网格及其制备方法，属于纳米材料制备技术领域。

背景技术

相对三维结构材料，二维结构材料由于在维度上的改变而表现出异于三维结构材料的新奇性质。石墨烯是二维蜂窝状结构的最典型代表，它具有极高的载流子迁移率、高透光性、高强度等众多优异的物理化学性质，在电子学、自旋电子学、光电子学、太阳能电池、传感器等领域有着重要的潜在应用。发展类石墨拓扑结构且由共价键连接的二维共价网格结构，有可能获得其他具有优异性能的二维结构材料，成为人们研究的热点之一。

虽然人们可以从三维材料剥离获得二维共价网格结构，但操作技术要求高，层数通常为多层，且难于控制。因此人们致力于发展基底上直接生长二维共价网格的方法。目前，适合制备二维共价网格的反应有：硼酸脱水反应、席夫碱反应、乌尔曼自由基反应、聚酰亚胺的合成反应等。虽然科学家不断努力尝试改变制备二维共价网格的反应基团种类和反应条件，但是目前得到二维共价网格极大多数都存在尺度小，缺陷多的问题。二维共价网格的不连续性会严重影响其性能特征，这一问题成为二维共价网格应用最急需突破的瓶颈之一。例如Grill等人利用5,10,15,20-四（4-溴苯基）卟啉的分子间乌尔曼反应合成二维共价网格（Nature Nanotechnology,2007,2,687-691）。在330°C下卟啉核具有高稳定性，而C-Br键较弱会发生分解形成具有活性的苯自由基。在高温条件下，这些自由基相互之间发生偶联反应形成正方形的二维共价网格。Zwaneveld等超高真空条件下在Ag(111)表面构筑基于硼酸脱水反应的二维共价网格（J.Am.Chem.Soc.,2008,130,6678-6679）。这些制备过程在超高真空条件下进行，条件苛刻，且所制备的网格有序度很低，畴区不超过20nm，严重影响了其在光电器件上的应用。

发展一种简单易行，便于在普通实验条件下制备高度有序并且结构稳定的二维共价网格技术是相关材料研究的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种二维共价网格及其制备方法，该方法可克服现有方法存在的问题，能够得到尺度大，几乎无缺陷，高度有序的二维共价网格，且该方法无需精端的仪器，无需高能量，操作简单经济。

本发明所提供的一种二维共价网格的制备方法，包括如下步骤：

在基底上沉积化合物A得到经修饰的基底；

将化合物B和所述经修饰的基底置于密闭体系中；加热所述密闭体系，所述化合物B经气化后与所述化合物A进行偶联反应，即得到由共价键连接而成的二维共价网格。

上述的制备方法中，所述基底为惰性的，其与所述化合物A和所述化合物B反应。

上述的制备方法中，所述基底具体可选择为Au(111)、Ag(111)、Cu(111)、石墨等不与反应物发生氧化/还原反应的物质中的一种，所述的基底在使用前要进行表面清洁处理。

上述的制备方法中，所述化合物A可经溶液沉积法或物理气相沉积法沉积到所述基底上。

上述的制备方法中，所述化合物A和化合物B均包括至少2个活性反应基团。

上述的制备方法中，所述活性反应基团具体可为羧基、羟基、氨基、酰基、醛基或苯硼酸基等基团。

上述的制备方法中，所述化合物A具体可为1,3,5-苯三甲醛、1,3,5-三（4-氨苯基）苯或2,3,6,7,10,11-六羟基三苯；

所述化合物B具体可为对苯二甲胺、对苯二甲醛、对苯二甲酸、对苯二酸二肼或对苯二硼酸。

本发明还提供了由上述方法制备的二维共价网格，该二维共价网格的尺寸大、缺陷少、高度有序。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的二维共价网格尺度大、缺陷少、高度有序。

2、本发明提供的制备方法简单经济，不需要高端精密的仪器，不需要高能量。

3、本发明提供的方法将反应物分开，使化合物B气化接触到基底上的化合物A，从而发生反应；与溶液法相比，化合物A与化合物B的化学剂量无需严格控制。

4、该方法适用于很多反应，如羧基、羟基、氨基、酰氯、醛基、苯硼酸基等官能团之间的偶联反应，具有一定的普适性。

附图说明

图1为实施例1制备的二维共价网格的反应方程式。

图2为实施例1制备的二维共价网格的STM图像和模型，其中，图2（a）为该二维共价网格的大范围STM图像，图2（b）为该二维共价网格的高分辨STM图像，图2（c）为该二维共价网格的模型。