国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

繼2023年8月09日，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院/附屬腫瘤醫(yī)院與浙江大學(xué)共發(fā)Nature之后，復(fù)旦大學(xué)微納光子結(jié)構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室再發(fā)Nature！

石墨電極具有良好的面內(nèi)導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性和成本效益，在電化學(xué)反應(yīng)中得到廣泛應(yīng)用。它可以作為主要的電催化劑載體和層狀插層基質(zhì)，在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)方面有廣泛的應(yīng)用。

石墨烯是石墨的二維結(jié)構(gòu)單元，與石墨具有相似的化學(xué)性質(zhì)，其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，為開(kāi)發(fā)最先進(jìn)的石墨器件提供了更多的品種和可調(diào)性。因此，它為研究石墨電極界面的微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提供了理想的平臺(tái)。遺憾的是，石墨烯容易受到各種外在因素的影響，如襯底效應(yīng)，引起了許多困惑和爭(zhēng)議。

在此，來(lái)自復(fù)旦大學(xué)的田傳山等研究者獲得了懸浮在水電解質(zhì)表面的厘米級(jí)無(wú)襯底單層石墨烯，具有柵極可調(diào)性。相關(guān)論文以題為“Structure evolution at the gate-tunable suspended graphene–water interface”于2023年08月30日發(fā)表在Nature上。

在表面特異性技術(shù)的幫助下，單層石墨烯-電解質(zhì)界面很容易被各種光學(xué)和電子探針通過(guò)石墨烯到達(dá)。然而，目前對(duì)石墨烯電極和水溶液界面的分子結(jié)構(gòu)的了解在文獻(xiàn)中，仍然難以捉摸或有爭(zhēng)議。難點(diǎn)在于界面物種的指紋容易受到許多外在因素的影響，例如用于支撐石墨烯的襯底的疏水性，以及由于界面缺陷或帶彎曲而產(chǎn)生的表面電荷。例如，理論計(jì)算預(yù)測(cè)石墨烯是疏水性的，水分子懸垂的O-H鍵會(huì)在石墨烯-水界面突出。

然而，早期的實(shí)驗(yàn)無(wú)法觀察到它的光譜指紋。這種矛盾歸因于襯底，因?yàn)槭杷允艿揭r底的強(qiáng)烈影響，稱為石墨烯的潤(rùn)濕透明度。最近，Montenegro等人報(bào)道了他們?cè)贑aF₂-石墨烯-D₂O界面上觀察到的懸垂O-D模式。

然而，他們的結(jié)論仍然值得懷疑，因?yàn)槭┘釉谑┥系碾妷哼h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水電解窗口，這引起了人們對(duì)界面上積聚的氣態(tài)H₂層的擔(dān)憂。同時(shí)，底物的存在會(huì)由于其表面化學(xué)性質(zhì)或能帶彎曲而大大改變界面電位，從而強(qiáng)烈影響界面水分子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。

因此，迫切需要一種清潔、無(wú)襯底的石墨烯電極，來(lái)揭示電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中內(nèi)在結(jié)構(gòu)的演變，以及中間體和產(chǎn)物在界面處的吸附和積累，例如，原子氫在石墨烯上的化學(xué)吸附。

在這項(xiàng)工作中，研究者使用一種新開(kāi)發(fā)的化學(xué)氣相沉積(CVD)石墨烯轉(zhuǎn)移方案，在水電解質(zhì)表面獲得了厘米大小的無(wú)襯底單層石墨烯(MLG)片。在這樣的MLG電極-電解質(zhì)界面上，研究者使用和頻振動(dòng)光譜(SFVS)結(jié)合循環(huán)伏安法，測(cè)量研究了Stern層中的分子結(jié)構(gòu)作為柵電壓的函數(shù)。

CVD石墨烯的銅襯底通過(guò)電解蝕刻掉，如圖1a所示。然后用純水反復(fù)稀釋電池中的電解液(0.3 M CuSO₄)溶液，使不需要的離子(Cu²⁺、SO₄^2?)濃度降至1 μM以下，整個(gè)過(guò)程中MLG樣品一直懸浮在電池中的溶液表面。

最后，在水中加入支撐電解質(zhì)，這里研究者使用KCl溶液(0.1 M)。懸浮在溶液上的MLG尺寸約為6mm×10mm，如圖1b所示。光學(xué)顯微鏡圖像(圖1c)顯示，CVD生長(zhǎng)的石墨烯片在介觀尺度上是完整的，沒(méi)有折疊或收縮。

此外，在拉曼光譜中，D-模式和G-模式的I_D/I_G之比(圖1d)約為1:8，并且在銅襯底上生長(zhǎng)的石墨烯和懸浮在溶液上的石墨烯基本相同，這表明石墨烯上存在很少的晶格缺陷，并且研究者的制造過(guò)程沒(méi)有引入進(jìn)一步的缺陷。這些結(jié)果表明了研究者的獨(dú)立MLG樣品的優(yōu)質(zhì)質(zhì)量。

圖1. 懸浮在水中的MLG樣品

隨后，研究者展示了石墨烯-水界面的結(jié)構(gòu)演變與柵極電壓的關(guān)系。Stern層中水的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，在水電解窗口內(nèi)幾乎沒(méi)有變化，但在電化學(xué)反應(yīng)開(kāi)啟時(shí)發(fā)生了顯著的變化。在析氫反應(yīng)開(kāi)始時(shí)，突出在石墨烯-水界面的懸空O-H鍵就消失了，這表明由于電極附近有多余的中間物質(zhì)，石墨烯-水界面的最上層發(fā)生了明顯的結(jié)構(gòu)變化。大尺寸懸浮的原始石墨烯為揭示石墨電極界面的微觀過(guò)程提供了一個(gè)新的平臺(tái)。

圖2. 懸掛式MLG的柵極可調(diào)性

圖3. 石墨烯-電解質(zhì)界面的原位SFVS光譜

圖4. 化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)的SF譜和循環(huán)伏安曲線

綜上所述，研究者的工作表明，無(wú)襯底的原始石墨烯對(duì)于揭示石墨烯-電極界面的內(nèi)在微觀結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。懸浮的石墨烯可以很容易地被電催化劑修飾，例如鉑和金納米粒子，以促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)。因此，具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和電可調(diào)性的大尺寸無(wú)襯底MLG，為研究石墨電極-電解質(zhì)界面上的界面物質(zhì)及其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提供了理想的平臺(tái)。

文獻(xiàn)信息

Xu, Y., Ma, YB., Gu, F.?et al.?Structure evolution at the gate-tunable suspended graphene–water interface.?Nature?(2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06374-0

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06374-0

原創(chuàng)文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/12/22/253b927215/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

復(fù)旦大學(xué)田傳山團(tuán)隊(duì)，重磅Nature！

相關(guān)推薦

復(fù)旦大學(xué)田傳山團(tuán)隊(duì)，重磅Nature！