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VSFG光譜實現分子水平測量石墨烯潤濕性
2022年05月12日 16:06:45
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：4939
近日，韓國首爾基礎科學研究所 (IBS) 分子光譜與動力學中心 (CMSD) 和高麗大學的研究團隊將振動和頻率產生光譜 (VSFG)應用于測量二維材料的潤濕性，成功地測量了石墨烯和水之間的界面中水分子的振動模式。
【化工儀器網 項目成果】近日，韓國首爾基礎科學研究所 (IBS) 分子光譜與動力學中心 (CMSD) 和高麗大學的研究團隊將振動和頻率產生光譜 (VSFG)應用于測量二維材料的潤濕性，成功地測量了石墨烯和水之間的界面中水分子的振動模式。
潤濕性指一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性，是固液接觸面間的重要特性之一，由材料表面的微觀幾何結構和表面化學組成共同影響。潤濕性對于固體材料在各種工業中的應用有重要意義，如材料表面的潤濕性能影響能源器件的電化學性能和例子導電率，從而影響電池的容量和循環性能。
目前，材料潤濕性的研究大多數在宏觀層面進行。通常用接觸角(WCA)的大小來衡量固體表面的潤濕性強弱。所謂接觸角是指液滴在固-液接觸邊緣的切線與固體平面間的夾角。當接觸角小于90°時，該表面為親水表面，當接觸角大于90°時為疏水表面，當接觸角超過150°時，則是超疏水表面。
接觸角測量一般選擇接觸角測定儀，但是對于材料學研究來說宏觀層面的接觸角測量遠遠無法滿足要求，必須在分子水平上準確觀測材料和水之間的界面。目前微觀測量技術主要有基于反射的紅外光譜和拉曼光譜，但是這兩種方法在接觸角微觀測量中都沒有好的效果。主要原因是在整個液體中，與表面接觸的水分子數量遠少于其他水分子，因此界面水分子的信號會被掩蓋。
為解決這一問題，研究團隊應用振動和頻率生成光譜(VSFG)來測量材料的潤濕性。VSFG是一種利用自身的表面選擇規律來研究界面分子的表面選擇工具，具有少至幾個分子層的良好表面分辨率。利用VSFG，研究人員描述了石墨烯表面在分子水平上超過一定數量的層數即變得疏水的觀察結果。
此外，研究團隊定義了VSFG潤濕性的新概念——形成強氫鍵的水分子與形成弱氫鍵或沒有氫鍵的水分子的比率。利用VSFG潤濕性，研究人員在電場作用下形成氧化石墨烯，實時測量了石墨烯的潤濕性。這意味著即使在接觸較無法測量的空間受限界面上，VSFG也可以應用。
研究人員表示，他們正在利用VSFG光譜研究石墨烯以及其他二維功能材料的微觀性質，希望解決阻礙二維功能材料商業化的各種問題。
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