Udsmykning af enkeltlags- og dobbeltlagsgrafen med nyttige kemiske grupper

Forskere ved Center for Multidimensional Carbon Materials, inden for Institute for Basic Science (IBS) ved Ulsan National Institute of Science and Technology afsløret en ny metode til at tilføje kemiske grupper på (dvs. at "funktionalisere") enkeltlags (SLG) og dobbeltlags (BLG) grafen liggende på silica/silicium. Dette studie, for nylig offentliggjort online i Journal of the American Chemical Society ( JACS ) foreslår også, hvordan dekoreret grafen fungerer som en platform til at producere 2-D materialer med nye egenskaber.

Et enkelt lag af kulstofatomer pakket i et bikagegitter, kaldet grafen, er et af de mest alsidige materialer, der nogensinde er lavet. Dens fremragende varme- og elektricitetsledningsevne, kombineret med lethed og styrke, tilbyder overbevisende muligheder for en række nyttige funktioner.

For bedre at justere egenskaberne af grafen, brugen af ​​funktionaliseret grafen, det er grafen dekoreret med andre kemiske grupper, har tiltrukket stor forskningsinteresse. Sådan funktionaliseret grafen kunne anvendes på transistorer, sensorer, superkondensatorer, medicin levering, fleksible elektroder og polymer nanokompositter.

Funktionalisering af SLG på silica/silicium er tidligere blevet rapporteret, men når en BLG bruges, reaktionen viser sig at være meget mere kompliceret. BLG har forskellig reaktivitet, fordi to grafenlag klæber til hinanden gennem det, der er kendt som van der Waals-kræfter, gøre BLG mere kemisk stabil og endda ureaktiv for nogle reaktioner. Yderligere fascinerende aspekter omfatter reaktiviteten af ​​hvert af lagene i BLG og andre faktorer, der kan påvirke reaktionen.

For at sammenligne og kontrastere reaktion af SLG og BLG, holdet producerede fejlfri prøver af SLG og BLG og gjorde dem mere tilbøjelige til at reagere ved at nedsænke dem i en blanding af natrium-kaliumlegering (NaK) og et ringformet kroneethermolekyle (15-krone-5) i tetrahydrofuran (THF) . Denne opløsning danner en negativt ladet natriumion (Na-), som reducerer grafen ved at donere elektroner til det, og tillader SLG og BLG at reagere med andre molekyler lettere.

Ved at bruge denne reaktion, IBS-forskere viste, at selvom BLG er mindre reaktivt end SLG, begge kan funktionaliseres. I øvrigt, ved at bruge en BLG med et lag normalt kulstof og et andet lag kulstofisotopmærket kulstof (13C), forskerne præciserede, at både de øvre og nedre lag af grafen er dekoreret.

Holdet viste også, at funktionaliseret grafen kan gennemgå yderligere kemiske reaktioner med andre molekyler, som ellers næppe ville binde til det under de anvendte reaktionsbetingelser. For eksempel, grafen funktionaliseret med 4-iodpyridin kan derefter reagere yderligere med benzylbromid. Dette er en særlig interessant tilgang, da grafen dekoreret med benzylbromid kan bruges til sensorer og kan dekoreres med flere kemiske grupper, udvider "værktøjskassen" af muligheder i høj grad.

"Vi forestiller os, at denne metode og platform vil bidrage til at udvide anvendelsesområdet for grafen, " kommenterer Rodney S. Ruoff, avisens tilsvarende forfatter.