氫可調(diào)控氧化石墨烯的化學結(jié)構(gòu)和特性
中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學家組織網(wǎng)5月22日報道，美國佐治亞理工學院的一項研究顯示，氫在決定氧化石墨烯的化學特性和結(jié)構(gòu)組成方面發(fā)揮了重要作用。科學家表示，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、納米機電系統(tǒng)、傳感、復合材料、光學、催化和能量儲存等領(lǐng)域的潛在應用十分重要。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，需通過化學和熱過程將兩個含氧的官能團，即環(huán)氧基團和羥基（氫氧基）團，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)氧基團的數(shù)量有所下降，羥基團的數(shù)目則略有增加。直至3個月后，兩組官能團的比例才基本實現(xiàn)了平衡。
為解析為什么室溫條件下會發(fā)生此種變化，科學家研究了密度泛函理論：氫和氧將在官能團內(nèi)生成水，這將減少環(huán)氧基團的數(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達拉斯分校的研究團隊共同證實。實驗樣本的結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)在樣本制成后還將演變達1個多月之久，正是其與氫不斷發(fā)生化學反應的結(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的反應等，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)應用鋪平道路。（張巍巍）
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