分子对于石墨烯进行载流子掺杂及修饰石墨烯光电学性质的研究

我们利用分子修饰的方法来对石墨烯进行电子空穴掺杂及控制石墨烯的光电学性质。我们采用不同的分子沉积在单层石墨烯上。拟实现以下三个方面的工作：1. 通过控制分子的浓度而控制石墨烯电子或者空穴的掺杂量。2. 展开石墨烯作为表面增强拉曼衬底的研究工作，利用不同功函数的分子沉积到石墨烯上，得到分子功函数的值与分子增强倍数的关系。3.利用分子沉积在石墨烯表面，π-π电子间的相互作用来修饰石墨烯光电学性质，改变石墨烯电子的线性能带。我们将利用拉曼、白光及泵浦探测光谱来研究分子修饰后的石墨烯的电光学性质。该项研究工作将对石墨烯未来的电子学、光学器件的制备及应用石墨烯作为表面增强拉曼的衬底具有指导意义。

本项目解决了以下三个方面的问题。（1）首先解决了一个有争议的问题，就是石墨烯作为表面增强拉曼衬底实现分子信号的拉曼增强的具体机制：是电荷转移导致的化学增强还是石墨烯淬灭分子荧光及浓度效应。我们采用机械剥离法制备了大量的石墨烯，利用拉曼光谱我们发现石墨烯存在不同程度的空穴掺杂，即石墨烯费米面降低的程度不同。利用罗丹明6G作为探测分子，我们发现分子信号的拉曼强度和石墨烯费米面的调制程度密切相关，结合石墨烯能带、分子的HOMOLUMO、入射激光能量等信息进行分析,我们认为所观测到的结果符合化学增强机制。另外，对于制备好的石墨烯样品，如果放置时间过长，石墨烯将失去表面增强拉曼活性。利用真空加热法则可以恢复。真空加热可以有效地去除吸附在石墨烯表面的灰尘、气体分子等，从而使探测分子和石墨烯可以直接接触，这项工作也间接的证明了石墨烯和探测分子间电荷转移导致的化学增强。（2）在利用石墨烯进行表面增强拉曼特性的测量中，我们需要对石墨烯的层数进行准确的判断。到目前为止，有两种准确的判断方法：拉曼光谱和白光光谱。另外我们也发现了新的判断方法，就是利用光学图片。利用matlab或其他软件将石墨烯图片的R,G,B三色的刺激值提取出来。将石墨烯样品的刺激值与衬底的刺激值进行比较，得出对比度值。再与理论计算的结果进行比较，就可以判断出石墨烯的层数。该方法简单、效率高、成本低、误差小，且可以用于判断不同衬底上用不同方法制备的石墨烯的厚度，另外，还可以判断其他二维薄膜材料的厚度。对于石墨烯等二维材料的研究及应用具有重要的意义。（3）我们也研究了如何更加有效地对石墨烯进行载流子掺杂，那就是制备多孔状石墨烯。无论是机械剥离法还是化学气相沉积法制备的石墨烯表面都有一定程度的缺陷，将石墨烯在硫酸中氧化，硫酸会对石墨烯进行刻蚀，在石墨烯表面形成氧化坑。利用拉曼光谱，我们发现在氧化坑附近石墨烯的掺杂更加显著。因此，通过控制硫酸溶液的浓度及浸泡时间，我们可以控制氧化坑的尺寸，从而控制易于被分子掺杂的石墨烯的面积，为实现可控石墨烯载流子掺杂提供了新的途径。