人民網北京12月30日電（記者趙竹青）石墨烯納米帶作為一維石墨烯材料，因其非零帶隙和可調控的能帶結構，在半導體器件、自旋電子學及量子技術等領域具有應用前景。通過自下而上的表面合成策略，可實現對其結構的精準構筑與性質的精細調控。然而，目前石墨烯納米帶的電子結構與性質調控主要依賴其π電子體系，尚未有研究在納米帶中引入d電子對其進行改性。卟啉作為大環(huán)分子，其內部空腔可實現不同金屬摻雜。將卟啉結構引入石墨烯納米帶中，有望通過d-π電子間的雜化作用，調控納米帶的電子結構與物理化學性質。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所聯合瑞士聯邦材料科學與技術研究所、德國馬克斯-普朗克高分子研究所，合成了關鍵前驅體分子MPor–DBA，并通過熱誘導逐步反應，在Au(111)表面上實現了自下而上的精準合成，制備出一系列具有周期性卟啉邊緣拓展的鋸齒形石墨烯納米帶材料。

研究發(fā)現：Zn摻雜的ZnPor–3ZGNR具有高度分散的導帶和價帶電子結構，其載流子有效質量低，展現出極高的載流子遷移潛力；2HPor–3ZGNR能夠自發(fā)捕獲金襯底表面的Au原子，形成金屬化單元，引發(fā)局部電荷摻雜，從而與未金屬化單元之間形成顯著的電子態(tài)差異，并在納米帶內部構建出P–N異質結；摻雜磁性金屬Fe的FePor–3ZGNR中，Fe的d軌道與納米帶的π電子態(tài)發(fā)生強烈雜化，實現了相鄰鐵單元間的長程自旋超交換耦合。

這一研究為原子級精確的卟啉—鋸齒邊緣石墨烯納米帶雜化體系的構建提供了新方法，并通過金屬中心的靈活調控，為未來開發(fā)高性能半導體、化學傳感器及量子自旋鏈等器件，提供了材料平臺。

相關研究成果發(fā)表在《自然-化學》（Nature Chemistry）上。研究工作得到國家自然科學基金和中國科學院相關項目等的支持。