Chem综述：振动合频光谱研究石墨烯与界面水分子的相互作用

纳米技术

2022-05-22

研究水与石墨烯之间的相互作用对于多种多样的应用都非常重要，包括水的脱盐、能量存储、催化等。目前人们对水分子在石墨烯-水界面上形成的氢键网络并不清楚。振动合频光谱VSFG（Vibrational sum frequency generation）是一种非常合适的研究水分子在石墨烯-水界面结构方法。通过调节石墨烯的层数或者在单层石墨烯中调节掺杂能级，水分子的界面结构将发生非常显著的改变。比如当增加石墨烯的层数，水分子与非氢键悬垂OH官能团之间的相互作用变得更加重要。通过VSFG光谱悬垂OH官能团的成分与水分子的石墨烯吸附能有关，这种现象说明当无法测试水的接触角时，VSFG光谱能够作为一种表征水分子吸附能的方法。

有鉴于此，韩国基础科学研究所(IBS) Minhaeng Cho等综述报道VSFG光谱能够研究低维度材料的润湿性。

本文要点：

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VSFG光谱能够通过宏观尺度测试提供分子尺度级别的信息，VSFG光谱作为一种表面敏感型表征技术，通过其表面选择性规则用于研究界面分子的相互作用，水分子的VSFG光谱提供了界面水分子的氢键结构，而且VSFG光谱能够在常压条件表征，无需在真空条件中表征。因此，与UHV光谱相比，VSFG光谱在研究界面吸附分子的过程中具有明显的测试优势，比如研究界面水分子的结构和取向，解释润湿性、表面吸附能等宏观性质。因此，VSFG表征技术为研究溶液石墨烯提供丰富的信息。作者总结讨论了石墨烯亲水性、润湿性特点，并且展示了这些性质能够与接触角测试结合，用于研究基底之间的静电相互作用。

参考文献

Eunchan Kim, Donghwan Kim, Kyungwon Kwak, Yuki Nagata, Mischa Bonn, Minhaeng Cho, Wettability of graphene, water contact angle, and interfacial water structure, Chem, 2022, 8(5), 1187-1200

DOI: 10.1016/j.chempr.2022.04.002

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192942200167X