中國科技大學(xué)研究人員成功揭示氧化石墨烯雙疇結構

　　最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗室(籌)羅毅研究團隊的張群研究小組，在凝聚相微納結構的超快光譜和動(dòng)力學(xué)研究方面取得重要進(jìn)展。研究人員采用超快光譜原位、實(shí)時(shí)測量手段，揭示了氧化石墨烯的雙疇結構。研究成果以“The Realistic Domain Structure of As-Synthesized Graphene Oxide from Ultrafast Spectroscopy”為題，發(fā)表在8月21日出版的《美國化學(xué)會(huì )志》上 [JACS 135, 12468-12474 (2013)]。

　　氧化石墨烯最初主要是被當作大規模制備奇異二維材料石墨烯的優(yōu)良前驅物而備受關(guān)注。近幾年來(lái)，人們逐漸認識到氧化石墨烯表面上的各種含氧官能團所蘊含的豐富化學(xué)對實(shí)現石墨烯的功能化十分有用，相關(guān)的基礎和應用研究隨即成為熱點(diǎn)。然而，雖然這些含氧官能團的化學(xué)類(lèi)型(如羰基、環(huán)氧基、羥基、羧基等)已基本被識別，但它們在氧化石墨烯表面上的分布形式(即疇結構)卻一直存在爭議。目前，含氧官能團一般被認為是隨機分布于氧化石墨烯表面的sp2雜化的C C/C=C基質(zhì)中。

　　該工作對這一觀(guān)點(diǎn)提出了挑戰。研究人員從化學(xué)直覺(jué)出發(fā)，提出了氧化石墨烯雙疇結構(類(lèi)石墨烯疇+富氧疇)的新模型。為驗證這一新模型，他們設計并開(kāi)展了一套飛秒時(shí)間分辨的可見(jiàn)光泵浦、超連續白光偵測的超快光譜實(shí)驗。在實(shí)驗中，他們觀(guān)測到“反常的”類(lèi)石墨烯超快載流子弛豫過(guò)程，并全面描畫(huà)出電子空穴轉移及電子聲子耦合的動(dòng)力學(xué)機制，進(jìn)而為氧化石墨烯雙疇結構新模型的有效性和合理性提供了直接的實(shí)驗證據;進(jìn)一步的紫外激光誘導的碳氧比原位調控實(shí)驗及相關(guān)譜學(xué)和動(dòng)力學(xué)表征，也與這一新模型契合。這項研究工作，不僅具有重要的基礎概念性意義，也將為氧化石墨烯和其它功能化石墨烯類(lèi)材料在微納電子學(xué)和微納光子學(xué)等方面的應用提供有益的指導。

　　該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委及中科院的項目資助。

飛秒時(shí)間分辨的超快光譜和動(dòng)力學(xué)研究揭示氧化石墨烯雙疇結構