氢可调控氧化石墨烯的化学结构和特性

来源：科技日报 发布日期：2012年05月24日

科技日报讯 据物理学家组织网5月22日报道，美国佐治亚理工学院的一项研究显示，氢在决定氧化石墨烯的化学特性和结构组成方面发挥了重要作用。科学家表示，了解氧化石墨烯的特性以及如何控制它们，对于实现这种材料在纳米电子设备、纳米机电系统、传感、复合材料、光学、催化和能量储存等领域的潜在应用十分重要。相关研究结果发表在近期出版的《自然·材料》杂志上。

该校物理系副教授伊莉莎·瑞多表示，氧化石墨烯材料十分有趣，需通过化学和热过程将两个含氧的官能团，即环氧基团和羟基（氢氧基）团，加入构成石墨烯的碳原子晶格中而成形，因此可通过热处理或化学处理来改变氧化石墨烯的结构。

研究小组在此次研究中使用了位于碳化硅晶片上的多层外延石墨烯，这一样本平均包含10层石墨烯。观测结果显示，35天后，环氧基团的数量有所下降，羟基团的数目则略有增加。直至3个月后，两组官能团的比例才基本实现了平衡。

为解析为什么室温条件下会发生此种变化，科学家研究了密度泛函理论：氢和氧将在官能团内生成水，这将减少环氧基团的数量，并略微增加羟基的数目。经过实验测量和理论计算，科研人员提出，或许有氢参与其中。而这一猜想，随后被科研小组和来自德克萨斯大学达拉斯分校的研究团队共同证实。实验样本的结构和化学性质在样本制成后还将演变达1个多月之久，正是其与氢不断发生化学反应的结果。

研究人员表示，氢在决定氧化石墨烯结构中发挥的作用，代表了一种控制氧化石墨烯材料特性的新途径。在材料的合成过程中，他们可能会使用氢作为工具来改变其结构。而通过调整环氧基和羟基的分布和比例，能够实现对于材料特性的调控。

接下来研究小组将了解如何控制外延氧化石墨烯中氢的数量，以及什么情况下会影响两个官能团的反应等，最后，他们或将获得可与原始石墨烯电子传输特性媲美的新型石墨基材料，并诱导材料中产生电子带隙和秩序结构，以便为纳米电子设备的制造等商业应用铺平道路。

（张巍巍）