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《等离子体所在石墨烯纳米材料研究方面取得进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者： wukan
  • 发布时间：2018-03-19

  • 近日,等离子体所应用等离子体研究室陈长伦课题组研究了氧化石墨烯纳米材料结合重金属离子（如镉、钴、锌等）与微生物之间的相互作用机理，以及生物毒性。相关研究分别发表在英国皇家化学会核心期刊《环境科学：纳米》（Environmental Science: Nano）上。

    氧化石墨烯（GO）作为一种典型的纳米材料，被广泛应用于各行各业。由于其表面丰富的含氧官能团，GO在重金属污染物治理方面有比较广泛的应用。因此课题组研究了氧化石墨烯纳米材料结合重金属污染物之后的生物环境毒性行为。研究发现GO会吸附溶液里的重金属，减少了重金属浓度从而降低重金属生物毒性，二价重金属污染物也会促使GO团聚减少溶液中GO的浓度从而减小GO纳米材料的生物毒性。而未团聚的GO可以包覆在细菌表面，阻止溶液里的重金属侵入到细菌细胞内。GO纳米材料与重金属离子之间具有拮抗作用，相互降低各自的生物毒性。研究结果为准确评估和预测重金属离子和氧化石墨烯在实际多种污染物共存复杂环境体系中的迁移行为提供更为科学可靠的理论依据，同时研究结果对于氧化石墨烯的安全应用和环境评价具有非常重要的参考价值。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

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  • 《近代物理所在石墨烯纳米孔研制中取得进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-12-29
    • 石墨烯是由单层碳原子以蜂窝状点阵组成的典型二维纳米材料，完美单层石墨烯对于任何分子均不能渗透，是迄今为止厚度最薄且能分离不同两相的隔膜材料。带有纳米孔的石墨烯则表现出优异的溶液离子和气体分子选择性，在海水淡化、污水处理、空气净化等领域具有广阔的应用前景。目前国际上已发展了多种制备石墨烯纳米孔的方法，但如何在大面积石墨烯样品上快速制备高密度纳米孔仍未得到有效解决。中国科学院近代物理所材料研究中心研究人员在聚合物纳米孔研究基础上，发明了一种快速制备具有微孔支撑的大面积多孔石墨烯的新方法，解决了当前多孔石墨烯研究中的瓶颈问题。 　　科研人员把大面积石墨烯转移至PET膜上形成G/PET复合结构（图A），然后利用兰州重离子加速器提供的高能重离子对G/PET复合结构进行辐照，形成石墨烯纳米孔并在PET中形成潜径迹（图B）；再利用非对称蚀法在PET中制备出锥形孔并形成具有微孔支撑的石墨烯纳米孔（图C）。该方法充分发挥了兰州重离子加速器离子能量高、穿透能力强的特点，可方便、快速地制备出具有微孔支撑的大面积、孔密度可控的多孔石墨烯，并获得授权发明专利。 重离子辐照技术制备石墨烯纳米孔 　　研究人员利用该方法制备出单个石墨烯纳米孔，精确研究了溶液中离子在纳米孔的输运特性，发现石墨烯纳米孔不仅具有良好的离子选择性，而且表现出巨大的离子整流效应，该结果在微纳流控器件开发和石墨烯纳滤膜制备方面具有重要意义。研究工作得到国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的支持，相关研究成果发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。
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  • 《清华大学曹化强《自然·通讯》：在黑磷烯纳米带研究方面取得重要进展》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-08-18
    • 8月6日，清华大学化学系曹化强教授课题组及其合作者在《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了题为“将块体黑磷以‘拉开拉链’方式制备成锯齿取向黑磷烯纳米带”(Unzipping of black phosphorus to form zigzag-phosphorene nanobelts)的研究论文。研究团队利用电化学手段控制氧分子浓度，制备出沿锯齿型（zigzag）取向的纳米带；同时，通过调节电流密度可实现黑磷烯纳米片、纳米带和量子点的可控制备；通过理论计算揭示了氧分子对黑磷烯实现定向切割的机理；利用所制备的黑磷烯纳米带构建场效应晶体管器件并对其载流子输运特性进行了深入研究。 黑磷烯二维纳米结构，包括单原子层黑磷烯和少层黑磷烯（<10层）。与石墨烯不同，黑磷烯本身具有带隙以及独特的各向异性。理论计算预测，黑磷烯在zigzag方向具有比摇椅型（armchair）方向具有更加优异的热学、力学以及半导体性质，因此zigzag取向黑磷烯纳米带在热电、柔性电子和量子信息技术等领域的应用引起了研究者的广泛兴趣。然而，受限于黑磷烯的稳定性以及现有的合成技术，黑磷烯纳米带有效制备成为其研究及应用的关键瓶颈。 受启发于黑磷在空气环境中可被氧化分解，团队设计了一种通过电化学方法，通过改变电流密度有效调节离子插层速率和黑磷烯周边的氧分子浓度，从而可控制备黑磷烯纳米结构的维度和尺寸，获得一系列黑磷烯纳米结构，包括纳米片、纳米带和量子点（图1）。结构表征证明了所制备的黑磷烯纳米带具有很好的结晶性和柔韧性。 图1 锯齿取向黑磷烯纳米带（z-PNB）的结构表征 图2 电化学解离黑磷晶体形成锯齿取向黑磷烯纳米带（z-PNB）的机理 该电化学解离机制认为制备过程分为两步，即离子插层和氧驱动解离过程（图2）。在电化学过程中，BF4-离子沿黑磷a轴方向（即[100]方向，沿zigzag方向）插入黑磷晶体层间，同时，氧分子被化学吸附、解离在黑磷表面上形成悬键氧，通过悬键氧与水分子形成氢键及P-O-P水解，导致P-P键断开，沿着zigzag方向以“拉开拉链”的方式持续进行，被解离成纳米带。理论计算分析、比较了各种氧分子在黑磷烯上的吸附和解离路径（图3）。结果表明，形成间隙氧对是解离黑磷晶体P-P键并最终形成zigzag取向黑磷烯纳米带的关键步骤。 图3 氧驱动解离块体黑磷反应机理的理论计算 研究团队采用铜网掩膜法设计制备了基于黑磷烯纳米带的场效应晶体管器件并探究了其载流子输运特性，可实现器件p-n型之间的转化，为黑磷烯纳米带在主动式矩阵显示技术、射频器件及互补型金属氧化物半导体器件技术中的应用提供了关键材料和开辟新的研究方向。 图4 黑磷烯纳米带（z-PNB）的电子性能 清华大学化学系教授曹化强、清华大学微纳电子系副研究员谢丹和英国剑桥大学材料科学与冶金系教授Anthony K. Cheetham为本文共同通讯作者，化学系博士生刘志方、微纳电子系博士生孙翊淋为共同第一作者。南开大学材料科学与工程学院、稀土与无机功能材料研究中心李伟教授，中国科学院高能物理研究所王嘉鸥副研究员参与了该项研究。本工作获得了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
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