研究人員現可在分子水平上測量石墨烯及其他2D材料的“濕潤性”
發布時間：
2022-06-10
材料的潤濕性是液體跟固體表面保持接觸的能力，它跟親水性成正比，跟疏水性成反比。它是固體最重要的特性之一，了解不同基材的潤濕性對各種工業應用至關重要，如海水淡化、涂層劑和水電解質。
到目前為止，大多數關于基質潤濕性的研究都是在宏觀層面進行的。潤濕性的宏觀測量通常是通過測量水接觸角(WCA)來確定的，水接觸角是水滴相對于基材表面的角度。然而在分子水平上準確測量基材和水之間的界面所發生的事情目前是非常困難的。
目前使用的微觀測量技術如基于反射的紅外光譜或拉曼光譜則都無法有選擇地觀察界面水分子。因為在整個液體中，水分子的數量遠遠大于與表面接觸的分子，界面水分子的信號則會被液體中的水分子的信號所掩蓋。
為了克服這一限制，韓國首爾基礎科學研究所(IBS)內的分子光譜學和動力學中心(CMSD)和韓國大學聯合展開的一個研究小組發現，振動和頻率生成光譜(VSFG)可用于測量二維材料的潤濕性。該小組利用VSFG光譜成功地測量了石墨烯和水之間的界面中水分子的振動模式。
VSFG是一種有用的技術，它可以將宏觀測量結果跟分子水平的特性聯系起來。它是一種表面選擇工具，利用其自身的表面選擇規則來研究界面分子，并且它具有非常好的表面分辨率--只有幾個分子層。
據了解，研究小組確定了石墨烯將基材的潤濕性投射到其表面的獨特能力，這被稱為“潤濕透明度”。他們觀察到，石墨烯的潤濕透明度隨著石墨烯層數的增加而減少，當石墨烯的厚度超過4層時就消失了。這是第一個描述石墨烯表面在分子水平上超過一定層數后變得疏水的觀察。
此外，研究人員還定義了VSFG潤濕性的新概念，即形成強氫鍵的水分子跟形成弱氫鍵或無氫鍵的水分子的比率。VSFG的潤濕性跟粘附能密切相關，粘附能是由觀察到的宏觀WCA測量值計算出來的。這證明VSFG是定義材料表面潤濕性的一個有效工具。
通過利用VSFG的潤濕性，研究人員實時測量了石墨烯的潤濕性。而使用傳統的WCA實驗不可能實時觀察潤濕性。因此這表明VSFG可以成為一種決定性的技術，用于測量任何不能應用水接觸角測量的空間封閉界面上的水粘附能量。除了石墨烯之外，VSFG光譜學有望闡明其他低維材料的潤濕性。
這項研究的論文第一作者Eunchan Kim指出：“這項研究證實了VSFG光譜可以作為測量潤濕性的通用工具。我們證明了通過VSFG光譜測量以前無法觀察到的復雜系統的潤濕性的潛力。”
CMSD主任CHO Minhaeng教授指出：“通過VSFG光譜，我們正在研究石墨烯及其他二維功能材料如氧化石墨烯和六方氮化硼的微觀特性。通過這些，將有可能解決阻礙二維功能材料商業化的各種問題。”
信息來源：cnBeta.COM
分子,潤濕,vsfg,石墨,測量,表面,水分子,研究,光譜
友情鏈接
利物盛網店
小程序
