Direkte observation af grafenfrakobling på Cu (111)

En nylig kvantemekanisk undersøgelse af grafen udført af et forskerhold ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Sydkorea, har belyst intercalationsmekanismen og veje til grafenfrakobling fra kobbersubstratet.

Grafenfilmene, dyrket på kobber (Cu) substrater skal fjernes rene uden at efterlade rester, da resterende metalliske urenheder markant kan ændre grafens elektroniske og elektrokemiske egenskaber.

Imidlertid, takket være de seneste fremskridt inden for grafenoverførselsmetoden, den elektrokemiske korrosion af grafenbelægninger på Cu har gjort det muligt for det monolag-tykke materiale at blive mekanisk delamineret uden væsentligt at kompromittere dets strukturelle integritet.

Den nye UNIST-grafenforskning går i en ny retning ved med succes at adskille grafen fra dets metalvækstsubstrater uden hjælp fra den klæbende tape. Forskningsresultaterne er blevet offentliggjort i august-udgaven af Journal of the American Chemical Society ( JACS ).

I undersøgelsen, ledet af Prof. Sang Kyu Kwak (School of Energy and Chemical Engineering) og Prof. Rodney Ruoff (Center for Multidimensional Carbon Materials), forskerholdet afslørede overfladeoxidationskemien af ​​den nanobånddækkede Cu(111) overflade.

Specifikt, de har vist, at grafen nanoribbon (GNR) kanttypen påvirker de indledende oxidationsstadier af Cu-overfladen, derved driver nanoribbon -afkoblingen ved interkalering af omgivende adsorbatmolekyler (f.eks. ilt og vand).

Forskellen mellem lænestolen GNR og zigzag GNR på Cu(111) substratet, er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​en kanttilstand i zigzag GNR-kanterne, som er blevet tilskrevet hybridiseringen mellem carbon-π-orbitaler uden for planet og metal-d-orbitaler. Denne kanttilstand, imidlertid, er fraværende i lænestolens GNR -kantatomer. En sådan observation er ikke blevet rapporteret for H-termineret GNR på Cu(111).

Vibrationsstrækningstilstandsberegninger viste, at GNR-kanterne påvirkede den molekylære adsorption af oxygen på de bare og GNR/Cu-steder, bekræfter rollen af ​​GNR-kanter i svækkelsen af ​​den præ-forlængede O-O-binding ved GNR/Cu-grænsefladen. Forskerholdet forklarede også, at GNR-kanterne lettede stabiliseringen af ​​vandmolekyler (uanset overfladeiltning), som ellers ville være ustabil på den nøgne Cu-overflade.

Dr. Kester Wong, der tager det fulde ansvar for forskningen, bemærker, at "GNR-medierede interaktioner mellem vand og de kemisorberede iltradikaler kan kaste yderligere lys til at belyse vand og ilts rolle i overfladeoxiddannelsen."

"Denne særlige undersøgelse kan have interessante implikationer for udviklingen af ​​regioselektiv grafen-baseret katalyse. Ikke desto mindre, at anvende andre krystalfacetter til grænsefladestudier af lavdimensionelle materialer er af stor interesse, og adskillige undersøgelser bliver stærkt forfulgt af vores gruppe på dette område", siger prof. Kwak.