亚利桑那大学Hong Li和Jean-Luc Brédas课题组--单层共价有机骨架与石墨烯之间电荷注入势垒的掺杂调制

共价有机骨架（COF）的设计和合成的快速发展为调节其电子和磁性以及扩展其应用提供了机会。受控化学掺杂是调节有机分子和聚合物半导体中电荷载流子注入和传输性质的传统途径。它代表了一种自然策略，但是，尚未针对COF单层膜（2D COFs）进行系统研究，尤其是在与无机基材接触时。在这里，考虑到碱金属（Na）原子是常规的掺杂剂，我们在密度泛函理论水平研究了基于卟啉的COF，COF366-OMe的n型掺杂，其形式为独立的单层或与石墨烯基底相互作用。通过从每个Na掺杂剂中接受全电子，发现COF单层和COF/石墨烯络合物有效地实现n型掺杂。在COF/石墨烯络合物上，尽管Na原子与COF的结合比与石墨烯的结合更牢固，但转移的电子却分布在它们之间。结果，石墨烯的费米能级移动到狄拉克点以上，而二维COF的导带最小值则极度稳定。结果是显著降低了石墨烯片和2D COF之间的电子注入势垒。我们的研究凸显了受控COFs的化学掺杂在调节光电应用的电荷注入和传输特性中可以发挥的关键作用。

Figure 1. COF366-OMe COF及其构建单元、DMA链接器和TAPP核的化学结构

Figure 2. 在DFT/PBE-D3级别进行优化的石墨烯上的COF366-OMe单层的俯视图和侧视图

Figure 3. COF/石墨烯配合物的DFT/PBE-D3电子能带结构以及孤立的COF、孤立的石墨烯和COF/石墨烯配合物之间的能级比对

Figure 4. COF366-OMe的差分电荷密度（上图）和自旋密度轮廓（下图），作为Na原子吸附位置的函数

Figure 5. 钠掺杂石墨烯的顶视图和能带结构以及沉积在石墨烯上的钠掺杂COF366-OMe的孔构型

相关研究成果于2020年由亚利桑那大学Hong Li和Jean-Luc Brédas课题组，发表在Chem. Mater.（https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c02913）上。原文：Doping Modulation of the Charge Injection Barrier between a Covalent Organic Framework Monolayer and Graphene。