氫可調(diào)控氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特性
中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月22日報道，美國佐治亞理工學(xué)院的一項研究顯示，氫在決定氧化石墨烯的化學(xué)特性和結(jié)構(gòu)組成方面發(fā)揮了重要作用。科學(xué)家表示，了解氧化石墨烯的特性以及如何控制它們，對于實現(xiàn)這種材料在納米電子設(shè)備、納米機(jī)電系統(tǒng)、傳感、復(fù)合材料、光學(xué)、催化和能量儲存等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用十分重要。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在近期出版的《自然·材料》雜志上。
該校物理系副教授伊莉莎·瑞多表示，氧化石墨烯材料十分有趣，需通過化學(xué)和熱過程將兩個含氧的官能團(tuán)，即環(huán)氧基團(tuán)和羥基（氫氧基）團(tuán)，加入構(gòu)成石墨烯的碳原子晶格中而成形，因此可通過熱處理或化學(xué)處理來改變氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)。
研究小組在此次研究中使用了位于碳化硅晶片上的多層外延石墨烯，這一樣本平均包含10層石墨烯。觀測結(jié)果顯示，35天后，環(huán)氧基團(tuán)的數(shù)量有所下降，羥基團(tuán)的數(shù)目則略有增加。直至3個月后，兩組官能團(tuán)的比例才基本實現(xiàn)了平衡。
為解析為什么室溫條件下會發(fā)生此種變化，科學(xué)家研究了密度泛函理論：氫和氧將在官能團(tuán)內(nèi)生成水，這將減少環(huán)氧基團(tuán)的數(shù)量，并略微增加羥基的數(shù)目。經(jīng)過實驗測量和理論計算，科研人員提出，或許有氫參與其中。而這一猜想，隨后被科研小組和來自德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究團(tuán)隊共同證實。實驗樣本的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)在樣本制成后還將演變達(dá)1個多月之久，正是其與氫不斷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。
研究人員表示，氫在決定氧化石墨烯結(jié)構(gòu)中發(fā)揮的作用，代表了一種控制氧化石墨烯材料特性的新途徑。在材料的合成過程中，他們可能會使用氫作為工具來改變其結(jié)構(gòu)。而通過調(diào)整環(huán)氧基和羥基的分布和比例，能夠?qū)崿F(xiàn)對于材料特性的調(diào)控。
接下來研究小組將了解如何控制外延氧化石墨烯中氫的數(shù)量，以及什么情況下會影響兩個官能團(tuán)的反應(yīng)等，最后，他們或?qū)@得可與原始石墨烯電子傳輸特性媲美的新型石墨基材料，并誘導(dǎo)材料中產(chǎn)生電子帶隙和秩序結(jié)構(gòu)，以便為納米電子設(shè)備的制造等商業(yè)應(yīng)用鋪平道路。（張巍巍）
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