《石墨烯如何作用于金属表面氧化的研究》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: chenfang
  • 发布时间:2015-11-27
  • 石墨烯具有从根本上改变保护涂料工业在各种表面应用的潜力,其表面应用是从保护金属和合金到有机太阳能电池。石墨烯与传统的涂层不同,因为它还保留了金属的表面反射率和传导,同时还保护其免受腐蚀。在纳米技术报告中,印度马德拉斯技术学院的研究人员们对石墨烯层中的表面形貌和形成的无序化与金属表面氧化是如何相关的进行了研究。研究人员采用原位温度依赖性的拉曼光谱和电子显微镜技术来研究石墨烯涂层的铜薄膜上的金属氧化的热点。当通过用化学气相沉积直接生长在高温下的铜时,平行纳米波纹阵列在石墨烯中形成。石墨烯片的机械撕裂成多晶结构域,其大小可与铜氧化物颗粒(50纳米或更少)的大小相媲美。这是在石墨烯的表面氧化过程中,石墨烯生成机制中的主要缺陷。在未来的石墨烯工程界面形态可能有助于实现这些原子的超薄薄膜的表面保护应用的真正潜力。

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  • 《《Science》重磅!科学家首次在非金属表面直接合成石墨烯》

    • 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:冯瑞华
    • 发布时间:2019-02-25
    • 2019年1月4日,《Science》报道了科研人员利用“HF(氟化氢)-拉链”策略首次直接在二氧化钛(TiO2)表面制备出石墨烯,这一高效率的策略使直接在绝缘体及半导体表面合成石墨烯成为现实。 通过在单晶金属表面辅助C-C键耦合而合成的碳基纳米结构,包括富勒烯和富勒烯片段的单体异构体、纯手性碳纳米管、原子精度的纳米石墨烯和边缘清晰的石墨烯纳米带。在大多数的实际应用中,碳基纳米结构都必须要转移到绝缘或半导体表面上。然而长期以来,在非金属表面直接合成纳米石墨烯和碳纳米带一直是一项难以实现的技术。 近日,波兰雅盖隆大学和美国橡树岭国家实验室M. Kolmer教授和德国埃朗根-纽伦堡大学K. Amsharov团队的科研人员在《Science》上联合发表了题为“Fluorine-programmed nanozippingto tailored nanographenes on rutile TiO2 surfaces”的研究论文。研究人员发现C(碳)-F(氟)的活化是一种可靠且通用的工具,能够直接在金属氧化物表面实现分子内芳基-芳基耦合。由C-F键活化实现的多步转化导致了多米诺式的耦合,并直接在金红石型TiO2表面生成了定制的石墨烯。由于有效的区域选择性拉链,可以从柔性的多环芳烃前驱体中获得目标石墨烯。前驱体结构中F的位置决定了“拉链程序”的运行,从而导致了低聚亚苯基链的卷起。结果表明金红石型TiO2表面参与了前驱体的环脱氢氟化反应,并反映了环脱氢氟化在这一过程中的关键作用。
  • 《氧促进表面合成石墨烯纳米带》

    • 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:冯瑞华
    • 发布时间:2021-03-16
    • 苏州大学迟力峰教授课题组和魁北克大学国家科学研究院Rosei教授合作,通过边界聚合在Cu(111)表面合成了摇椅型石墨烯纳米带,并且基于氧元素对C–H键活化的作用,引入氧气使反应温度降低180°C。 作为合成具有原子级分辨的一维和二维聚合物的有效方法,表面原位合成近年来受到越来越多的关注。其中,石墨烯纳米带(GNR)作为一种衍生于石墨烯的准一维纳米材料,由于其可调控的电子性质以及在半导体器件中的潜在应用,受到了广泛的关注。 在2007-2009年期间,一系列自上而下的方法被应用于GNR的合成。然而,由于不能有效控制纳米带的宽度以及边界结构,其发展受到了限制。直到2010年,Roman Fasel课题组才报导了通过自下而上的方法,在Au(111)表面合成了具有原子级分辨结构的摇椅型石墨烯纳米带(AGNR)。该方法的主要机理包括热激发脱卤反应,表面辅助聚合反应以及最终的脱氢环化反应。 在接下来的十年里,这种自下而上的方法被进一步应用于不同GNR的合成,包括不同宽度的摇椅型GNR、锯齿形GNR、GNR异质结、手性GNR以及化学掺杂的GNR。然而,迄今为止,只有少数文章报导了石墨烯纳米带在Cu(111)表面的合成。但是,同样的前驱体分子,在Cu(111)和Au(111)表面却生成了不同形态的纳米带,这就意味着单晶表面对于这个反应有重要的影响。 另一方面,在表面限域的合成中引入不同的原子还没有被广泛研究。有文献报导,外界引入的碘原子可以插层进入二维聚合物和Ag(111)表面之间,从而隔断了金属基底对表面材料的耦合作用。此外,氢原子和硫化氢的引入也会对表面乌尔曼耦合反应产生重要影响。作者曾报导了氧原子可以诱导金属有机配位结构从一维到二维的转化。但是,引入不同的原子相在合成GNR的研究尚未开展。 在本工作中,迟力峰团队研究了氧元素对合成石墨烯纳米带的影响。首先,基于同样的有机前驱体Br-(ph)3-Br在Au(111)表面成功通过边界聚合得到3P系列AGNR的经验,证明了这种前驱体在Cu(111)表面通过热激发同样可以合成AGNR。不同于Au(111)表面的结果,副产物溴原子被证明可以插层进入纳米带和Cu(111)表面之间。通过乌尔曼耦合形成3-AGNR后,适量的氧气通过真空微漏阀被引入到Cu(111)表面,氧气会迅速分解以氧原子化学吸附或者铜的氧化态形式存在于Cu(111)表面。当加热样品到453 K时,生成3P系列的AGNR,比无氧时的合成温度(633 K)降低了180°C。在这个反应中,氧的主要作用是催化了3-AGNR边界的C–H键,进而促进了边界脱氢环化聚合。