Research Abstract
原子レベルで制御したグラフェンナノリボンへのホウ素ドーピング
Atomically controlled substitutional boron-doping of graphene nanoribbons
2015年8月25日 Nature Communications 6 : 8098 doi: 10.1038/ncomms9098
ホウ素は、電子欠損とルイス酸性という点で興味深い元素である。そのホウ素原子を芳香族炭素骨格に組み込むと、さまざまな機能性が得られることが知られている。しかし、有機ホウ素化合物は水分や酸素に対し不安定なために、合成方法が遅れていた。今回我々は、有機ホウ素前駆体を用いた表面化学反応により、幅がN＝7、14、21のホウ素ドープグラフェンナノリボン（B-GNR）の合成に成功した。ホウ素ドーパントは、設計した通りB-GNRの中心に位置し、またそのドープ率は、4.8原子％に相当する。一酸化窒素（NO）を吸着させて、B-GNRの化学反応性を調べたところ、NOがホウ素サイトに最も効果的に捕捉されることから、そのルイス酸特性を実証した。また走査型トンネル顕微鏡、高分解能原子間力顕微鏡、密度汎関数計算と古典計算を用いて、NOを吸着するB-GNRの構造特性と化学的性質が決定した。
Shigeki Kawai, Shohei Saito, Shinichiro Osumi, Shigehiro Yamaguchi, Adam S. Foster, Peter Spijker & Ernst Meyer
Corresponding Author
Boron is a unique element in terms of electron deficiency and Lewis acidity. Incorporation of boron atoms into an aromatic carbon framework offers a wide variety of functionality. However, the intrinsic instability of organoboron compounds against moisture and oxygen has delayed the development. Here, we present boron-doped graphene nanoribbons (B-GNRs) of widths of N=7, 14 and 21 by on-surface chemical reactions with an employed organoboron precursor. The location of the boron dopant is well defined in the centre of the B-GNR, corresponding to 4.8 atom%, as programmed. The chemical reactivity of B-GNRs is probed by the adsorption of nitric oxide (NO), which is most effectively trapped by the boron sites, demonstrating the Lewis acid character. Structural properties and the chemical nature of the NO-reacted B-GNR are determined by a combination of scanning tunnelling microscopy, high-resolution atomic force microscopy with a CO tip, and density functional and classical computations.
