納米石墨烯是一種可以從根本上改善太陽能電池、燃料電池、LED 等的材料。通常，這種材料的合成不精確且難以控制。研究人員首次發(fā)現(xiàn)了一種簡單的方法來精確控制納米石墨烯的制造。通過這樣做，他們揭示了納米石墨烯生產(chǎn)中涉及的以前不清楚的化學(xué)過程。

石墨烯，一個原子厚的碳分子片，可以徹底改變未來的技術(shù)。石墨烯的單元被稱為納米石墨烯; 這些是針對特定功能量身定制的，因此，它們的制造過程比通用石墨烯的制造過程更復(fù)雜。納米石墨烯是通過從碳和氫的有機分子中選擇性地去除氫原子制成的，這一過程稱為脫氫。

“脫氫發(fā)生在金屬表面，如銀、金或銅的表面，它充當催化劑，是一種能夠或加速反應(yīng)的材料，”高級材料科學(xué)系的助理教授 Akitoshi Shiotari 說。“然而，這個表面相對于目標有機分子來說很大。這導(dǎo)致了制作特定納米石墨烯的困難。我們需要更好地了解催化過程和更精確的控制方法。”

Shiotari 和他的團隊通過探索各種方法來進行納米石墨烯的合成，提出了一種提供必要的精確控制并且非常有效的方法。他們使用了一種稱為原子力顯微鏡(AFM)的特殊顯微鏡，該顯微鏡用納米針狀探針測量分子的細節(jié)。這種探針不僅可以用來檢測單個原子的某些特征，還可以用來操縱它們。

“我們發(fā)現(xiàn) AFM 的金屬探針可以破壞有機分子中的碳氫鍵，”Shiotari 說。“鑒于它的尖端非常小，它可以非常精確地做到這一點，并且它可以在不需要熱能的情況下破壞鍵。這意味著我們現(xiàn)在可以以比以往任何時候都更可控的方式制造納米石墨烯組件。”

為了驗證他們所看到的，該團隊用各種有機化合物重復(fù)了這個過程，特別是兩種結(jié)構(gòu)非常不同的分子，稱為苯甲酮和非苯甲酮。這表明所討論的 AFM 探針能夠從不同種類的材料中提取氫原子。如果要將這種方法擴大到商業(yè)生產(chǎn)手段，那么這樣的細節(jié)很重要。

“我認為這項技術(shù)可能是自下而上創(chuàng)建功能性納米分子的最終方法，”Shiotari 說。“我們可以使用 AFM 將其他刺激應(yīng)用于目標分子，例如注入電子、電場或排斥力。能夠在如此微小的尺度上觀察、控制和操縱結(jié)構(gòu)令人興奮。”

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