白癜风症状 http://m.39.net/pf/a_4577569.html
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

石墨烯是一种碳原子以六边形结构排列的二维材料，具有亚纳米厚度、化学稳定性、机械柔韧性、电导率和热传导率、光学透明度、对水的选择性渗透性等独特的物理和化学性质。由于这些特性，石墨烯在透明电极、海水淡化、电能存储和催化剂等方面的各种应用得到了广泛的研究。

由于石墨烯是一种非常薄的材料，在实际应用中，它必须沉积在其他材料上作为衬底。衬底上的石墨烯是如何与水相互作用的，这是一个很有科学价值的研究课题。润湿性是界面水保持与固体表面接触的能力，它取决于材料的疏水性。

与大多数材料不同，石墨烯的润湿性取决于衬底的类型。更具体地说，衬底的润湿性受到其表面单一石墨烯层存在的微弱影响。

石墨烯这种特殊的润湿性被称为“润湿透明度”，因为通过薄石墨烯，石墨烯-水界面的润湿性对基材，水的相互作用几乎没有影响。

已经有许多水接触角(WCA)测量来研究石墨烯在各种类型的衬底上的润湿性。WCA是一种常用的测量材料疏水性的方法，因为材料的疏水性越高，水滴与材料的接触角就越大。

这些研究表明，虽然石墨烯单层的润湿性是明显透明的，但随着层数的增加，石墨烯的疏水性越来越强。

然而，WCA测量只能提供石墨烯-水界面宏观性质的信息，无法提供石墨烯-水界面界面水的详细画面。

此外，其他常用来测量微观性质的技术，如拉曼光谱或基于反射的红外光谱，并不能选择性地观察界面水分子。这是因为界面水分子的振动光谱信号完全被大量水的巨大信号所掩盖。

因此，在石墨烯研究领域缺乏分子水平的研究也就不足为奇了。

水与单层石墨烯的界面(左)由带有四个氢键的水分子(红色)和带有两个氢键的水分子(绿色)组成。随着石墨烯层数的增加，具有强氢键的水分子数量减少，具有弱氢键的水分子数量增加。IBS的研究人员发现，当石墨烯堆叠到四层时，多层石墨烯薄膜的表面变得疏水，这导致悬浮-OH基团的水分子数量增加。

最近，韩国首尔基础科学研究所(IBS)分子光谱与动力学中心(CMSD)和高丽大学的一个研究团队揭示了石墨烯润湿性的起源。

该团队使用一种名为“振动和频率产生光谱学(vsg)”的技术成功地观察了石墨烯-水界面上水分子的氢键结构。

VSFG是一种二阶非线性光谱学方法，可以选择性地分析具有破碎中心对称的分子。这是研究水分子在石墨烯界面行为和结构的理想方法，因为水分子在固态液体中由于其分子取向的各向同性分布而不可见。

研究小组观察了覆盖在氟化钙(CaF2)衬底上的多层石墨烯上的水分子的VSFG光谱。他们能够追踪水分子氢键结构的变化。

当有四层或四层以上的石墨烯时，VFSG光谱中开始出现一个约cm-1的特征峰。这个峰对应的是带有悬浮-OH基团的水分子，这些悬浮-OH基团不会与相邻的水分子形成氢键，这是疏水界面上的水分子普遍存在的特征。

这是首次观察到水-石墨烯界面处的水分子水平结构。

此外，研究人员将测量光谱可以计算出的VSFG润湿性值与与测量到的WCAs相关的估计粘附能进行了比较。他们发现这两种特性彼此之间高度相关。

这一观察结果表明，VSFG可以成为在分子水平上研究二维材料润湿性的一个有力工具。它还显示了使用vsg作为一种替代方法来测量水在埋地表面的粘附能的可能性，在这种情况下，测量水接触角是困难的，甚至是不可能的。

研究人员表示，这项研究是第一个在分子水平上描述石墨烯表面疏水性增加的案例，这取决于石墨烯层的数量，振动和频率产生光谱可作为一种多功能工具，用于理解任何功能二维材料的特性。

研究人员指出，对于在水溶液中使用石墨烯的应用，界面的疏水性是决定石墨烯层在各种应用中的效率的关键因素之一。该研究有望为未来石墨烯基器件的优化设计提供基础科学知识。

文章来源：贤集网

免责声明：中国复合材料学会