低维碳纳米材料因其优异的物理化学、电子性质，轻便和经济性近年来一直受到广泛的关注。例如，具有零带隙能带结构的明星碳材料石墨烯在各个领域都有着广泛的应用。然而石墨烯因其零带隙能带结构而无法像硅材料一样在半导体器件应用中发挥作用。目前亟待解决的问题是怎样打开石墨烯的带隙，最常见的调控石墨烯能带的方法是对其进行掺杂或者周期蚀刻。
近三年来，中国科学技术大学国家同步辐射实验室朱俊发教授课题组，一直致力于采用“自下而上”衬底辅助的表面反应合成具有周期性规则缺陷的孔状石墨烯二维材料来替代零带隙的石墨烯。该课题组利用超高真空扫描隧道显微镜及同步辐射光电子能谱技术研究了经过精确设计的前驱体分子在金属单晶表面上的有序自组装，并通过乌尔曼反应合成出目标有序低维碳纳米材料的过程；探索了不同前驱体分子、衬底材料和晶面的选取等因素对目标产物结构的影响，并取得了一系列重要研究进展和成果。这些成果相继发表在化学学科顶级期刊 Angewandte Chemie International Edition, 2013, 52, 4668-72，ACS Nano, 2014, 8, 709-718, Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118, 13018-13025 以及Journal of Chemical Physics, 2015, 142, 101906 上。由于该课题组在此研究领域的重要贡献，朱俊发教授被化学类顶级综述期刊Accounts of Chemical Research (IF: 22.3)编辑邀请撰写关于表面催化合成低维碳纳米材料的综述文章：Surface-Catalyzed C−C Covalent Coupling Strategies toward the Synthesis of Low-Dimensional Carbon-Based Nanostructures，目前该文章已被接受发表（Acc. Chem. Res. 2015, DOI：10.1021/acs.accounts.5b00168)，并被选为Editor’s Choice 热点文章。该文章主要阐述了表面催化有机合成低维碳纳米结构领域包括该课题组研究成果在内的近年来的重要进展。
图为通过乌尔曼反应合成“超苯”大分子的反应式及超高真空隧道扫描显微镜观察到的“超苯”分子有序序列。
以上研究工作得到了国家重点基础研究发展计划(973)、国家自然科学基金、高等院校博士点专项基金等项目的资助。
