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通过将水不溶性纳米石墨烯溶解在水中而制备的分子层

发布时间:2018-12-06 22:44:01

通过将水不溶性纳米石墨烯溶解在水中而制备的分子层.jpg

尽管纳米石墨烯不溶于水和有机溶剂,熊本大学(KU)和东京工业大学(东京工业大学)的研究人员已经找到了一种将其溶解在水中的方法。研究人员利用封装水不溶性分子的“分子容器”,开发了一种纳米石墨烯层的形成方法,通过将分子容器和纳米石墨烯在水中混合在一起,与下层物质发生化学相互作用。该方法有望用于制造和分析下一代功能纳米材料。

石墨烯是以片状排列的单层碳原子。它比具有优良电气特性的金属轻,并且作为下一代电子材料引起了人们的关注。结构上限定的纳米尺寸石墨烯,即纳米石墨烯,具有与石墨烯不同的物理性质。尽管纳米石墨烯是有机半导体和分子器件的有吸引力的材料,但其分子基团不溶于许多溶剂,并且其基本物理性质尚未被充分理解。

胶束可用于溶解水中的水不溶性物质。肥皂是胶束的一个熟悉的例子。当皂胶与水混合时,内部开始疏水并且外部亲水的气泡开始形成。这些气泡捕获油基污垢,更容易用水冲洗。东京理工大学的Michito Yoshizawa博士利用胶束的这种特性来开发两亲性(具有疏水性和亲水性的分子)胶束胶囊。 KU的研究人员扩展了Yoshizawa博士的工作,开发了一种用于不溶性纳米石墨烯化合物基团的胶束胶囊。

KU研究人员利用由特定化学结构(蒽)组成的胶束胶囊作为分子容器,巧妙地利用分子相互作用将纳米石墨烯分子有效地吸收到胶囊中。胶束胶囊的作用类似于圣诞老人的礼物,胶囊内的高疏水性纳米石墨烯分子(玩具)(盒子/包装纸)被运输到水下金(Au)基底的表面(圣诞树)。然后胶束胶囊在酸性水溶液中经历分子状态(平衡)的变化。胶束内部的纳米石墨烯在Au基底上被吸附和组织,因为没有它的“保护性包裹”,它不会溶解在水中。

使用电化学扫描隧道显微镜(EC-STM),在原子水平上分辨材料表面,研究人员成功地在分子级分辨率中成功观察到三种类型的纳米石墨烯分子(卵圆烯,环己二烯和二亚甲基),这是世界上第一次。图像显示吸附在Au基底上的分子有规律地排列并形成高度有序的2-D分子层。

这种分子层制造方法使用具有溶解度限制的分子,但它也可以用于其他类型的分子。此外,它应该作为一种环保技术受到关注,因为它不需要使用有害的有机溶剂。研究小组希望它为纳米石墨烯科学研究打开新的大门。

“几年前,由于2016年熊本地震,KU面临重大挑战。在我们从这场灾难中恢复过来的时候,东京工业大学接受了我们实验室的高级本科生作为特别审计员。这个合作研究项目从那时开始。这项工作是东京科技在熊本县遇到的困难局面中快速反应和友好合作的直接结果。我们非常感谢他们的慷慨援助,“项目负责人熊本大学的吉本宗一郎副教授表示。 “我们开发的方法也可以应用于一组具有更大化学结构的分子。我们期望看到这项工作导致分子线,新电池材料,精确分子设计中的薄膜晶体生长,以及更进一步的发展。阐明基本物理特性。“

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