Forskare vid Centrum för flerdimensionella kolmaterial, inom Institute for Basic Science (IBS) vid Ulsan National Institute of Science and Technology avslöjade en ny metod för att lägga till kemiska grupper på (det vill säga för att "funktionalisera") enkelskikt (SLG) och tvåskikt (BLG) grafen som ligger på kiseldioxid/kisel. Den här studien, nyligen publicerad online i Journal of the American Chemical Society ( JACS ) föreslår också hur dekorerad grafen fungerar som en plattform för att producera 2-D-material med nya egenskaper.

Ett enda lager kolatomer packade i ett bikakegitter, kallas grafen, är ett av de mest mångsidiga materialen som någonsin gjorts. Dess utmärkta värme- och elektricitetsledningsförmåga, kombinerat med lätthet och styrka, erbjuder övertygande möjligheter för en mängd användbara funktioner.

För att bättre justera egenskaperna hos grafen, användningen av funktionaliserad grafen, det är grafen dekorerat med andra kemiska grupper, har väckt omfattande forskningsintresse. Sådan funktionaliserad grafen kan appliceras på transistorer, sensorer, superkondensatorer, drogleverans, flexibla elektroder och polymera nanokompositer.

Funktionalisering av SLG på kiseldioxid/kisel har tidigare rapporterats, men när en BLG används, reaktionen visar sig vara mycket mer komplicerad. BLG har olika reaktivitet eftersom två grafenskikt fäster vid varandra genom vad som kallas van der Waals krafter, göra BLG mer kemiskt stabil och till och med oreaktiv för vissa reaktioner. Ytterligare fascinerande aspekter inkluderar reaktiviteten för vart och ett av skikten i BLG och andra faktorer som kan påverka reaktionen.

För att jämföra och kontrastreaktion av SLG och BLG, laget producerade felfria prover av SLG och BLG och gjorde dem mer benägna att reagera genom att sänka ner dem i en blandning av natrium-kaliumlegering (NaK) och en ringformad kroneter-molekyl (15-krona-5) i tetrahydrofuran (THF) . Denna lösning bildar en negativt laddad natriumjon (Na-), vilket reducerar grafen genom att donera elektroner till det, och gör att SLG och BLG lättare kan reagera med andra molekyler.

Med hjälp av denna reaktion, IBS -forskare visade att även om BLG är mindre reaktivt än SLG, båda kan funktionaliseras. Dessutom, genom att använda en BLG med ett lager av normalt kol och ett annat lager av kolisotopmärkt kol (13C), forskarna klargjorde att både de övre och nedre lagren av grafen är dekorerade.

Teamet visade också att funktionaliserad grafen kan genomgå ytterligare kemiska reaktioner med andra molekyler, som knappast skulle binda till det annars för de använda reaktionsbetingelserna. Till exempel, grafen funktionaliserad med 4-jodpyridin kan sedan reagera ytterligare med bensylbromid. Detta är ett särskilt intressant tillvägagångssätt, eftersom grafen dekorerad med bensylbromid kan användas för sensorer och kan dekoreras med fler kemiska grupper, utökar kraftigt "verktygssatsen" med alternativ.

"Vi ser för oss att denna metod och plattform kommer att bidra till att utöka tillämpningsområdet för grafen, "kommenterar Rodney S. Ruoff, motsvarande författare till tidningen.