Syntes på ytan har fått stor uppmärksamhet som en metod för att skapa atomärt exakta endimensionella (1D) och tvådimensionella (2D) polymerer med spännande egenskaper. Särskilt, grafen nanoband (GNR), en kategori av kvasi-1D nanomaterial som härrör från grafen, har studerats brett på grund av deras avstämbara elektroniska egenskaper och potentiella tillämpningar i halvledarenheter, såsom fälteffekttransistorer och spintronik. En serie uppifrån-och-ned-metoder har eftersträvats för att producera GNR, men bristande kontroll över bandbredden och kantstrukturen har hindrat deras vidare utveckling.

2010, Cai et al. rapporterade först tillverkningen av en atomärt exakt fåtölj GNR (AGNR) på Au(111)-ytan med en nedifrån-och-upp-metod. Den grundläggande mekanismen involverar termiskt aktiverad dehalogenering, ytassisterad polymerisation och slutligen cyklodehydrering.

Under det följande decenniet, denna bottom-up-metod har utvidgats till att syntetisera en mängd olika GNR, inklusive AGNR:er med olika bredder, sicksack-GNR, GNR heterojunctions, kirala GNR:er och kemiskt dopade GNR:er. Baserat på den periodiska likheten mellan deras elektroniska strukturer, AGNR kan klassificeras i tre familjer, 3p, 3p+1 och 3p+2 (representerar antalet kolatomer i den smala riktningen).

Än så länge, få studier har fokuserat på GNR-syntes på Cu(111) på grund av den starkare ytinteraktionen, trots den lägre temperaturen för dehalogenering. Det har visats att kirala GNR:er kan syntetiseras på Cu(111) med användning av samma prekursor som ger icke-kiral 7-AGNR på Au(111) och att dehalogenering kan vara reversibel på Au(111) men inte Cu(111), vilket innebär att reaktionsvägen och uppnådda produkter kan kontrolleras genom valet av substrat.

Ett andra tillvägagångssätt för att skräddarsy reaktionsvägen i ytbegränsad syntes är att introducera olika atomarter, som endast har beaktats i ett fåtal nyligen genomförda studier. Exponering för jod skapar ett monolager interkalerat mellan polymererna och Ag(111)-ytan som frikopplar deras elektroniska interaktioner. Dessutom, väte visade sig ta bort halogenbiprodukter och inducera kovalent koppling, och svavel för att slå på eller av den ytbegränsade Ullmann-reaktionen.

Prof. Lifeng Chis forskargrupp vid Soochow University undersökte nyligen effekten av syre på syntesen av 3-AGNR genom ytbegränsad Ullmann-koppling och fastställde att det, istället, orsakade en 1D till 2D transformation av de organometalliska (OM) strukturerna.

Här, deras mål var att undersöka syntesen av 3p-AGNR på Cu(111), sträcker sig från den tidigare studien om Au(111), och att undersöka effekten av syre på lateral fusion av 3-AGNR, inspirerade av deras potential att främja CH-aktivering.

Deras undersökning visade den framgångsrika syntesen av 3p-AGNR på Cu(111) via lateral fusion av poly(para-fenylen) (dvs 3-AGNR). Införande av samadsorberat atomärt syre reducerade avsevärt den temperatur som krävdes för att inducera den laterala fusionsreaktionen. Identifieringen av denna katalytiska effekt kan gynna syntes på ytan som tillämpar dehydreringsreaktioner, inte begränsar till GNR, och belyser potentialen hos ytterligare atomadsorbater för att styra ytreaktioner.