表面合成依靠前驱体设计和金属表面催化成为一种可以精准合成特定边缘结构和宽度的石墨烯纳米带的方法。近几年来，我们课题组发展了一种碳纳米管内限域合成法，在真空中高温退火可以将碳纳米管内填充的前驱体分子转化为具有精确边缘结构和宽度的石墨烯纳米带（Carbon 2021, 171, 221-229；Small Methods 2022, 6, 2200110；Nano Res. 2022, 15, 1709−1714；Nano Research 2023 16, 10644–10651；Small Methods 2024, 6, 202401168），成为第二种可控合成石墨烯纳米带的方法。
近期，我们课题组发现，利用碳纳米管限域合成法，分别选择DBTP或deuterated p-terphenyl作为前驱体分子，即可分别合成氢饱和或氘化6-扶手椅型石墨烯纳米带。利用拉曼光谱证实了氘化6-扶手椅型石墨烯纳米带的成功合成，并且证明了CH弯曲振动模式位于1245 cm-1，而氘化后的CD弯曲振动模式位于879 cm-1；其他1200-1400 cm-1之间的拉曼峰均为碳骨架和碳氢振动共同作用的振动模式，因此它们的拉曼峰随着氘化仅移动6-20个波数。通过调节两种前驱体分子混合物的配比，实现了5%-37%氘化率样品的合成。在性能测试方面，我们通过变温拉曼光谱和变激光功率拉曼光谱，计算出了氢饱和的6-扶手椅型石墨烯纳米带的热导率约为1100 W·m−1·K−1，小于石墨烯的热导率（约3000 W·m−1·K−1），这与理论计算预测的石墨烯纳米带的热导率数值一致。此外，还测试了氘化6-扶手椅型石墨烯纳米带的热导率约为510 W·m−1·K−1，说明同位素标记可以有效调节石墨烯纳米带的热导率。本论文首次测试了扶手椅型石墨烯纳米带的热导率，为今后实际使用石墨烯纳米带作为导热控制材料奠定了理论基础。
本文第一作者为中山大学的硕士研究生陈颖芝，共同通讯作者为中山大学的石磊和上海科技大学的曹克诚，杨国伟教授对本文进行了指导；张文迪做了电镜表征；唐鲲鹏对本文亦有贡献。本论文的研究受到国家自然科学基金面上项目 (52472059)、广州市基础与应用基础研究面上项目 (202201011790)和光电材料与技术国家重点实验室自主课题 (OEMT-2022-ZRC-01)的资助。
论文信息：Yingzhi Chen, Wendi Zhang, Kunpeng Tang, Kecheng Cao, Lei Shi*, Guowei Yang. Confined synthesis and thermal conductivity of deuterated graphene nanoribbons. Carbon, 119841 (2024)
论文链接：https://authors.elsevier.com/a/1k8g31zUAZqvf
