罗马两面神(Janus)材料具有两个不同化学结构或性质的表面,是材料科学的重要研究方向之一。两种化学组成在同一材料体系中具有明确的分区结构,将导致特殊的双重性质,如亲水/疏水、极性/非极性等。如何设计全新的Janus材料并实现其普适性和可控性的制备是其中的关键问题。
单层石墨烯是一种自支撑的大分子结构,其所有原子均分布于表面,是制备二维Janus材料的理想模型。通过化学反应对石墨烯进行共价修饰,被认为是一种对石墨烯能带结构和表界面特性进行调控的有效手段。然而石墨烯完整的二维蜂窝结构和离域的Π键使其化学性质非常稳定,难以通过常规的化学反应进行修饰。针对化学惰性的石墨烯,北京大学化学与分子工程学院刘忠范-彭海琳课题组开拓了“石墨烯的光化学能带工程”的方法(Small 2013),利用光化学诱发的活性自由基实现了碳-碳键的修饰和能带调控,建立了石墨烯光催化剪纸技术(JACS 2011, 133, 2706)、光氯化加成(ACS Nano 2011, 5 , 5957; Small 2013)和光致甲基化等新方法。
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