2D材料在電子和光電領域顯示出優異的性能。對高性能光電器件的廣泛需求促進了對多種2D材料的探索。最近，2D共價有機框架(COFs)已成為下一代分層材料，該材料具有π電子骨架和高度有序的拓撲結構，有望改變其光電性能。然而，由于生長的各向異性，COFs通常以固體粉末的形式產生，這使得它們難以集成到器件中。在此，通過選擇具有光電活性的四苯乙烯單體，在石墨烯上原位合成了具有高度有序的供體-受體拓撲結構的光敏2D-COF，最終形成了COF-石墨烯異質結構。利用COF
ETBC–TAPT-石墨烯異質結構成功制備了超敏光電探測器，其整體性能優異，在473 nm處的光電響應率約為3.2×107 A W
−1，時間響應約為1.14 ms。而且，由于COFs的高表面積和極性選擇性，可以通過特定的靶分子可逆地調節光電檢測器的光敏特性。這項研究為構建具有可編程材料結構和多樣化調節方法的高級功能設備提供了新的策略，為光電子和許多其他領域的高性能應用鋪平了道路。
Figure 1. COF
ETBC-TAPT-石墨烯光電探測器。a) COF
ETBC-TAPT的定向生長。b) COF
ETBC-TAPT-石墨烯光電探測器及其測量裝置的側面示意圖。c)所制設備的SEM圖。
Figure 2. COF
ETBC-TAPT-石墨烯異質結構的特征。a) COF
ETBC-TAPT頂部視圖。b)實驗的PXRD圖譜(頂部)與A-B形排布的COF
ETBC-TAPT的仿真圖譜(底部)比較。c) COF
ETBC-TAPT及其單體的FT-IR光譜。d) COF
ETBC-TAPT -SLG膜、COF
ETBC-TAPT粉體及相應單體粉體和SLG的拉曼光譜。e) COF
ETBC-TAPT-SLG膜的表面形貌。
Figure 3. 光電探測器設備性能。a)不同照明功率下光電探測器的傳輸曲線。b)在100 nW的照明功率下，光電流作與柵極電壓VG的關系。c)在零柵極電壓下，在不同照明功率下，漏極電流與偏置電壓的關系。d)與照明功率和偏置電壓有關的光電流產生的色度圖。e)光誘導電阻變化和光響應率與照明功率的關系。f)光敏度在400 ~ 800 nm范圍內為照明波長的函數。
Figure 4. 設備的光電流動力學。a)暗光交替照明下的光敏性能。b)一個周期光調制的歸一化光電流動力學放大圖。c)設備性能總結。
Figure 5. 由目標分子調節的光電子性質。a) COF
ETBC-TAPT -石墨烯薄膜表面氣體分子吸收和電荷轉移的示意圖。b)不同氣體分子在黑暗中的I
DS-V
DS特性曲線。c)不同氣體環境中光電流的產生。
相關研究成果于2020年由南京大學Yanqing Lu課題組，發表在Adv. Mater. ( DOI: 10.1002/adma.201907242)上。原文：Ultrahigh Responsivity Photodetectors of 2D Covalent Organic Frameworks Integrated on Graphene
