銅襯底顯著增強了氧化石墨烯動態氧遷移

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近日，揚州大學物理科學與技術學院本科生科創團隊發現，銅襯底可以顯著降低氧化石墨烯（GO）上動態氧遷移的能壘，從而誘導GO成為一種動態共價材料。相比于無襯底時的GO，銅111面襯底與GO之間的電荷轉移顯著改善了其界面性質，將質子穿梭的能壘降低到熱擾動水平，同時還誘導了新的氧遷移路徑的產生。相關論文發表于英國皇家化學會旗下期刊《納米級視界》（Nanoscale Horizons）。

團隊在2020年研究發現，在有水分子吸附時，GO能夠轉變為自適應動態共價材料。GO上的環氧和羥基官能團在水分子的介導下，可以自發斷開或重組碳氧鍵，實現氧的動態遷移。這樣自發地動力學共價性質使得GO在催化、生物傳感器、生物醫學等領域展現出極大地應用潛能。然而，在實際應用中，因為水分子會對一些器件（尤其是電子設備）的正常工作產生影響，所以探索如何在無水或者少水情況下維持這種動力學性質就顯得尤為重要。

在最新的研究成果中，團隊發現銅襯底可以有效降低GO界面動態氧遷移的能壘。與獨立的GO相比，銅襯底支撐的GO上的動態氧遷移能壘顯著降低至小于或與熱擾動水平相當。電荷密度差分、Bader電荷以及PDOS的分析證實了銅襯底與GO之間的電荷轉移極大地改變了GO的界面活性。此外，銅襯底和 GO 之間的晶格匹配誘導了發生在芳香環間位的新的氧遷移路徑，這是以前從未報道過的現象。

論文作者嚴子韓表示，作為一種簡單且易于實施的方法，未來可以通過襯底來調控二維界面活性從而使氧官能團展現出對外界刺激的結構適應性，這也為實現先進的高性能傳感器、生物醫學設備和電子設備提供了科學指導。

相關研究工作得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金以及國家級大學生創新創業訓練項目的資助。