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添加氢气可使石墨烯更纯净

热度122票  浏览111次 【共0条评论】【我要评论 时间:2010年6月15日 01:15

  美国科学家在最新一期的《自然·化学》杂志上撰文指出,他们发现,氧化石墨烯进行还原反应后出现的不纯净石墨烯,可以通过向其中添加氢气而变得更加纯净,以更好地发挥石墨烯的特性。

  石墨烯是仅由一层碳原子构成的二维晶体,超薄石墨烯拥有巨大的应用潜力,可以替代现在的液晶显示材料,与目前电脑、手机等电子产品的重要原材料——硅相比,石墨烯同样具有诸多优势,将来有望取代硅,在电子产品和太阳能电池领域大展拳脚。

  美国布朗大学工程系教授维夫科·申洛尼表示,尽管石墨烯应用潜力巨大,但人们对其及其衍生物知之甚少,而对石墨烯特征了解越多,越能更好地开发其潜力。

  目前,制备石墨烯的方法之一是通过让氧化石墨烯进行还原反应来得到石墨烯。这样得到的石墨烯薄片是二维的蜂窝状结构,其中虽大多数是碳原子,但也交织着氧原子氢原子,大大破坏了石墨烯薄片的纯度。

  如果在得到的氧化石墨烯上施加足够的热量,会使氧原子会和氢原子结合在一起,生成水从石墨烯中分离出来。但有些氧原子很顽固,会滞留在蜂窝状的格子结构中,破坏了其纯度。

  申洛尼协同罗格斯大学、德克萨斯大学达拉斯分校的研究人员一起,使用分子动力学模拟方法仔细研究了石墨烯的原子组态,他们发现,那些“顽固”氧原子同碳原子形成了双键,其作为一种非常稳定的排列方式,会在石墨烯的蜂窝状格子中制造出不规则小洞。而这些氧原子“能量非常低,几乎不同其他物质发生反应,很难让其离开石墨烯格子”。

  据此,研究人员认为,添加氢原子是进一步还原氧化石墨烯最好的方式。一种方法是在氧原子同碳原子形成双键的地方添加氢原子,让洞变得更大,氢原子和氧原子会配对形成羟基,离开石墨烯格子,等同于让洞消失;另一种方法是在羟基形成的地方添加氢气,让氧原子以水的形式离开石墨烯,使石墨烯更加纯净。

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