基础科学研究所
(左)界面水的VSFG光谱显示，当石墨烯厚度超过4层时，出现悬空OH峰(3600 cm-1)
(右)计算的VSFG润湿性相对于宏观观察的粘附能作图
这两个值非常接近，这表明疏水性随着石墨烯层数的增加而增加
学分:基础科学研究所 材料的润湿性是液体保持与固体表面接触的能力，它与亲水性成正比，与疏水性成反比
这是固体最重要的性质之一，了解不同基质的润湿性对于各种工业用途是必不可少的，例如脱盐、涂层剂和水电解质
迄今为止，对基材润湿性的研究主要是在宏观水平上测量的
润湿性的宏观测量通常通过测量水接触角(WCA)来确定，水接触角是水滴相对于基底表面的角度
然而，目前很难在分子水平上精确测量基底和水之间的界面上发生了什么
目前使用的显微测量技术，例如基于反射的红外光谱或拉曼光谱，不能选择性地观察界面水分子
由于液体整体中水分子的数量远大于与表面接触的分子，界面水分子的信号被液体整体中水分子的信号所掩盖
为了克服这一限制，韩国首尔基础科学研究所(IBS)分子光谱学和动力学中心(CMSD)和韩国大学的一个研究小组发现，振动和频产生光谱学(VSFG)可用于测量2D材料的润湿性
该团队成功地使用VSFG光谱测量了石墨烯和水之间界面上水分子的振动模式
VSFG是一种有用的技术，可以将宏观测量结果与分子水平的特性联系起来
它是一种表面选择性工具，使用其自身的表面选择规则来研究界面分子，并且它具有很好的表面分辨率，分子层数很少
石墨烯的水接触角测量给出了关于宏观润湿性的信息
另一方面，VSFG实验可以提供关于界面水的微观结构和石墨烯润湿性的信息
学分:基础科学研究所 该小组发现了石墨烯将基底的润湿性投射到其表面的独特能力，这被称为“润湿透明度”
“他们观察到石墨烯的润湿透明度随着石墨烯层数的增加而减少，当石墨烯厚度超过四层时就会消失
这是首次观察到石墨烯表面在分子水平上超过一定层数后变得疏水
此外，研究人员定义了VSFG润湿性的新概念，即形成强氢键的水分子与形成弱氢键或没有氢键的水分子的比率
VSFG润湿性与粘附能密切相关，粘附能由观察到的宏观WCA测量值计算
这证明VSFG是定义材料表面润湿性的有效工具
使用VSFG润湿性，研究人员实时测量了石墨烯的润湿性，因为电场被应用于石墨烯形成氧化石墨烯
用传统的WCA实验不可能实时观察润湿性
因此，这表明VSFG可能是一种决定性的技术，用于测量任何空间受限界面上的水粘附能，其中水接触角测量不能被应用
除了石墨烯，VSFG光谱有望揭示其他低维材料的润湿性
第一作者Eunchan Kim指出:“这项研究证实了VSFG光谱可以用作测量润湿性的多功能工具，”并且“我们证明了通过VSFG光谱测量以前无法观察到的复杂系统的润湿性的潜力
" CMSD主任CHO Minhaeng教授指出:“通过VSFG光谱学，我们正在研究石墨烯以及其他二维功能材料(如氧化石墨烯和六方氮化硼)的微观特性，”并且“通过这一技术，将有可能解决阻碍二维功能材料商业化的各种问题
" 这项研究发表在4月26日的《化学》网络版上
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