Новости химической науки > За реакции графена отвечает твердая подложка

Мы привыкли, что активность протекания и синтетический результат практически любой реакции определяется строением реагирующих веществ. Однако графен не подчиняется этой закономерности – взаимодействие графена с одними и теми же реагентами может протекать очень активно или вообще не протекать – активность реакции зависит от субстрата, на котором расположен графен.

Такой материал, как графен, обладающий легкостью и уникальными электронными свойствами, может найти много областей для применения. Однако изучение химических свойств графена находится в зачаточном состоянии, поэтому проводить его направленную модификацию для придания ему желаемых свойств пока затруднительно.

Полоски октодецилтрихлорсилана дезактивируют графен, и реагируют только те его фрагменты, которые находятся в контакте с оксидом кремния. (Рисунок из Nat. Chem., 2012, DOI: 10.1038/nchem.1421)

Изучая реакцию грефена с арилдиазониевыми солями, исследователи из группы Майкла Стрэйно (Michael Strano) из Массачусетского Технологического Института выяснили, что на реакционную способность графена оказывает влияние материал, на котором расположен двумерный кристалл графена. Фрагменты графена, которые располагались на чистом оксиде кремния, реагировали быстро, однако это обстоятельство удивило исследователей – SiO₂ применяется для введения «дырок» в полупроводник, выводя электроны из материала, поэтому можно было ожидать, что подложка из оксида кремния будет понижать реакционную способность графена.

Чтобы объяснить наблюдаемую закономерность, исследователи с помощью спектроскопии комбинационного рассеивания изучили флуктуацию заряда на фрагментах графена и обнаружили, что электронная плотность графена локализуется около заряженных фрагментов, загрязняющих поверхность подложки из SiO₂. Стрэйно отмечает, что такое перераспределение электронов является движущей силой процесса переноса электронов, в котором принимает участие графен – реагенты взаимодействуют с участками, в которых электронная плотность повышена, не обращая внимание на общее значение среднего электронного потенциала. Графен, находящийся на твердой и чистой поверхности гексагонального нитрида бора был практически инертен по отношению к тем же реагентам.

Чинзия Касираги (Cinzia Casiraghi), специалист по химии графена из Университета Манчестера удивлена, что реакционную способность любого материала (не только графена) можно существенно изменить, изменяя состав и строение субстрата-подложки. Она добавляет, что не уверена, что какой-то еще материал так себя ведет; она добавляет, что результаты исследования могут объяснить, почему нитрид бора является лучшей подложкой для электроники из графена – нитрид бора стабилизирует графен.

Стрэйно утверждает, что для получения модифицированной поверхности графена заданной формы химики смогут предварительно получать шаблон из субстрата-подложки. Исследователи уже продемонстрировали способ такой модификации графена, они полагают, что новая методика модификации графена «через субстрат-подложку» может найти применение для использования в сенсорах и микросистемах, основанных на модификации графена соединениями, фрагменты которых могут разрушиться в ходе процесса нанолитографии.

Источник: Nat. Chem., 2012, DOI: 10.1038/nchem.1421

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #физическая химия, #химия поверхности