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Valence-band electronic structure evolution of graphene oxide upon thermal annealing for optoelectronics

光電子工学のための酸化グラフェン加熱中における価電子帯構造変化

山口 尚人*; 小川 修一*; 渡辺 大輝*; 穂積 英彬*; Gao, Y.*; 江田 剛輝*; Mattevi, C.*; 藤田 武志*; 吉越 章隆; 石塚 眞治*; Adamska, L.*; 山田 貴壽*; Dattelbaum, A. M.*; Gupta, G.*; Doorn, S. K.*; Velizhanin, K. A.*; 寺岡 有殿; Chen, M.*; Htoon, H.*; Chhowalla, M.*; Mohite, A. D.*; 高桑 雄二*

Yamaguchi, Hisato*; Ogawa, Shuichi*; Watanabe, Daiki*; Hozumi, Hideaki*; Gao, Y.*; Eda, Goki*; Mattevi, C.*; Fujita, Takeshi*; Yoshigoe, Akitaka; Ishizuka, Shinji*; Adamska, L.*; Yamada, Takatoshi*; Dattelbaum, A. M.*; Gupta, G.*; Doorn, S. K.*; Velizhanin, K. A.*; Teraoka, Yuden; Chen, M.*; Htoon, H.*; Chhowalla, M.*; Mohite, A. D.*; Takakuwa, Yuji*

本論文では加熱による酸化グラフェンの還元過程について報告する。酸化グラフェンにおいて酸素官能基の修飾度合いは加熱温度により制御できるため、加熱温度による価電子帯構造の変化をリアルタイム光電子分光で調べた。600$$^{circ}$$C以上の加熱により、フェルミ準位近傍の状態密度の顕著な増加が確認された。この結果は、600$$^{circ}$$Cにおいてバンドギャップが存在する酸化グラフェンからギャップが存在しない酸化グラフェンへと変化したことを示している。この成果は酸化グラフェンの光電子工学への応用を期待させるものである。

We report valence-band electronic structure evolution of graphene oxide (GO) upon its thermal reduction. The degree of oxygen functionalization was controlled by annealing temperature, and an electronic structure evolution was monitored using real-time ultraviolet photoelectron spectroscopy. We observed a drastic increase in the density of states around the Fermi level upon thermal annealing at $$sim$$ 600$$^{circ}$$C. The result indicates that while there is an apparent bandgap for GO prior to a thermal reduction, the gap closes after an annealing around that temperature. This trend of bandgap closure was correlated with the electrical, chemical, and structural properties to determine a set of GO material properties that is optimal for optoelectronics. The results revealed that annealing at a temperature of 500$$^{circ}$$C leads to the desired properties, demonstrated by a uniform and an order of magnitude enhanced photocurrent map of an individual GO sheet compared to an as-synthesized counterpart.

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パーセンタイル:38.55

分野:Materials Science, Multidisciplinary

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