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  • Observación directa del desacoplamiento del grafeno en Cu (111)

    El desacoplamiento de una nanocinta de grafeno, mostrando las reacciones químicas del oxígeno y el agua que llevaron a la oxidación de la superficie en los sitios del borde de las nanocintas. Los bordes de nanocintas funcionalizados facilitan la disociación molecular de oxígeno y agua que sirven como la primera etapa de oxidación. Crédito:Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan

    Un reciente estudio mecánico cuántico del grafeno realizado por un equipo de investigación del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), Corea del Sur, ha dilucidado el mecanismo de intercalación y las vías para el desacoplamiento del grafeno del sustrato de cobre.

    Las películas de grafeno, cultivados en los sustratos de cobre (Cu) deben separarse limpios sin dejar residuos, ya que las impurezas metálicas residuales pueden alterar significativamente las propiedades electrónicas y electroquímicas del grafeno.

    Sin embargo, gracias a los avances recientes en el método de transferencia de grafeno, La corrosión electroquímica de los recubrimientos de grafeno sobre Cu ha permitido que el material de espesor monocapa se deslamine mecánicamente sin comprometer significativamente su integridad estructural.

    La nueva investigación de UNIST sobre grafeno se desvía en una nueva dirección al separar con éxito el grafeno de sus sustratos de crecimiento metálico sin la ayuda de la cinta adhesiva. Los resultados de la investigación se han publicado en la edición de agosto de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense ( JACS ).

    En el estudio, dirigido por el profesor Sang Kyu Kwak (Escuela de Ingeniería Energética e Química) y el profesor Rodney Ruoff (Centro de Materiales de Carbono Multidimensional), el equipo de investigación reveló la química de oxidación superficial de la superficie de Cu (111) cubierta de nanocintas.

    Específicamente, han demostrado que el tipo de borde de nanocintas de grafeno (GNR) influye en las etapas iniciales de oxidación de la superficie de Cu, impulsando así el desacoplamiento de nanocintas mediante la intercalación de las moléculas de adsorbato circundantes (por ejemplo, oxígeno y agua).

    La diferencia entre el sillón GNR y el GNR en zigzag sobre el sustrato Cu (111), se distingue por la presencia de un estado de borde en los bordes GNR en zigzag, que se ha atribuido a la hibridación entre los orbitales π del carbono fuera del plano y los orbitales d del metal. Este estado de borde, sin embargo, Está ausente en los átomos del borde GNR del sillón. No se ha informado de tal observación para GNR terminado en H en Cu (111).

    Los cálculos del modo de estiramiento vibratorio mostraron que los bordes de GNR influyeron en la adsorción molecular de oxígeno en los sitios desnudos y GNR / Cu, confirmando el papel de los bordes GNR en el debilitamiento del enlace O-O pre-alargado en la interfaz GNR / Cu. El equipo de investigación también explicó que los bordes GNR facilitaron la estabilización de las moléculas de agua (independientemente de la oxigenación de la superficie), que de otro modo sería inestable en la superficie desnuda de Cu.

    Dr. Kester Wong, quién se hace cargo de la investigación, señala que "las interacciones mediadas por GNR entre el agua y los radicales de oxígeno quimisorbidos pueden arrojar más luz para dilucidar el papel del agua y el oxígeno en la formación de óxido en la superficie".

    "Este estudio en particular puede tener implicaciones interesantes para el desarrollo de catálisis regioselectiva basada en grafeno. No obstante, es de gran interés emplear otras facetas de cristal para el estudio interfacial de materiales de baja dimensión, y nuestro grupo está llevando a cabo varias investigaciones en esta área ", dice el profesor Kwak.


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