通過(guò)等離子體處理將極性氧官能團(tuán)引入碳表面會(huì)導(dǎo)致其潤(rùn)濕性和電子性能發(fā)生巨大變化。在這里，我們提出了理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來(lái)探索這些功能的化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。進(jìn)行DFT計(jì)算以評(píng)估C
surf-OH、-CHO、-COOH、=O、C
surf-O-C
surf部分形成的表面偶極子的值和方向，通過(guò)表面技術(shù)（XPS、SIMS）進(jìn)行表征。通過(guò)潤(rùn)濕性（水接觸角）和電子供體性質(zhì)（通過(guò)開(kāi)爾文方法測(cè)量的函數(shù)）的變化來(lái)及時(shí)監(jiān)測(cè)功能化的演變。結(jié)果表明，約6 at.％的表面氧（-OH、-CHO、-COOH）導(dǎo)致功函數(shù)（增加1.15 eV）和水接觸角（減少74°）發(fā)生顯著變化。在等離子體處理后的60天內(nèi)，系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)了表面功能化的演變。電子性能和潤(rùn)濕性都傾向于隨時(shí)間恢復(fù)。SIMS深度分析清楚地說(shuō)明了老化石墨烯表面成分的變化，這些變化低于XPS的靈敏度。由于等離子體處理通常作為碳材料表面性能調(diào)整的第一步，因此在活化后立即功能化的實(shí)際重要性被強(qiáng)調(diào)。
Figure 1. 未修飾和等離子體處理的石墨烯表面的SEM顯微照片(a)，拉曼光譜(b)，XPS結(jié)果(c)和水滴圖像(d)。
Figure 2. 未修飾(G)和等離子體處理(G1-G2)石墨烯表面的二次離子質(zhì)譜
Figure 3. 在電子密度等值面上(0.018 a.u.)繪制了-OH
surf基團(tuán)功能化的石墨烯雙層平板單元電池的正面(a)和側(cè)面(b)視圖
Figure 4 通過(guò)水接觸角和功函數(shù)測(cè)量石墨烯樣品在等離子體功能化后的潤(rùn)濕性(a)和電子性能(b)的演變。
相關(guān)研究成果于2021年由雅蓋隆大學(xué)的Joanna Duch 和Kotarba Andrzej課題組，發(fā)表在Applied Surface Science（doi:10.1016/j.apsusc.2020.148190）上，原文：Stability of oxygen-functionalized graphenic surfaces: Theoretical and experimental insights into electronic properties and wettability。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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