近日，東南大學化學化工學院楊洪教授課題組通過化學法合成首例石墨烯納米帶熱致液晶分子，相關研究成果以“Graphene Nanoribbon Core Thermotropic Liquid Crystal with a Well-Defined Molecular Structure”（具有精確分子結構的石墨烯納米帶熱致液晶）為題，在國際權威期刊“Angewandte Chemie International Edition”（《德國應用化學》）在線發表。

石墨烯納米帶（GNR）是寬度小于50納米的石墨烯條帶，憑借高載流子遷移率、高熱導率以及獨特的非零帶隙特性，在集成電路領域具有巨大的應用潛力。將GNR精準排列并組織成層次化且規整的結構是實現高性能半導體器件的關鍵。然而，傳統的取向技術難以獲得無缺陷、分子結構精確的GNR陣列。為了解決該技術難題，課題組提出了一種通過賦予GNR熱致液晶性來制備高度有序GNR陣列的策略，化學合成了首例石墨烯納米帶熱致液晶分子（GNR-LC），成功實現了分子級精度的結構控制和二維有序組裝。

GNR-LC分子的合成路線采用自下而上的溶液法合成策略，從苯環衍生物小分子出發，經過鈴木-宮浦交叉偶聯反應、鈀催化的環化二聚反應、肖爾氧化環脫氫等一系列反應，最終構建出帶有十二個長烷氧基鏈的扶手椅型GNR液晶分子。該GNR-LC分子能夠在較寬的溫度范圍內自組裝成緊密π堆疊的六方柱狀液晶相，可自發實現GNR的垂直取向排列，構筑出一維電荷傳輸通道。基于GNR-LC的器件具有超過2.4 cm2 V-1 s-1的空穴遷移率，這一性能顯著優于絕大多數已報道的基于多環芳烴核的盤狀液晶半導體材料。該進展為未來開發適用于大規模復雜GNR體系的定向排列策略提供了有效途徑。

論文第一作者為東南大學博士研究生胡俊，楊洪教授和王猛副研究員為共同通訊作者，東南大學為唯一通訊單位。該工作得到了國家杰出青年科學基金和國家重點研發計劃的資助。