Science：納米多孔石墨烯在智能濾波器和感測器的使用又前進了一步

作為國家合作研究的一部分，西班牙巴塞羅那自治大學ICN2研究所的研究人員，現在已經製備出均勻的納米多孔石墨，證明了這項工作有很高的可行性。這是石墨烯研究的一個重要里程碑，這使我們不僅能夠在電子設備中，而且在過濾和感測應用中充分發揮這種材料的全部潛力。這項工作發表在了《科學》雜誌上。

多孔石墨烯是指在二維基面上具有納米級孔隙的碳材料,是近年來石墨烯缺陷功能化的研究熱點。多孔石墨烯不僅保留了石墨烯優良的性質,而且相比惰性的石墨烯表面,孔的存在促進了物質運輸效率的提高,特別是原子級別的孔可以起到篩分不同尺寸的離子、分子的作用。更重要的是,孔的引入還有效地打開了石墨烯的能帶隙,促進了石墨烯在電子器件領域的應用。

最近，研究人員成功地合成了一種具有納米尺寸、形狀均一的石墨烯薄膜。石墨烯上納米尺度的孔可以改變材料的基本性質。這種變化本身結合石墨烯的內在力量和納米尺度，石墨烯可以成為篩狀，這指明它在未來的使用是非常有潛力的，例如，用於包括溫室氣體、鹽和生物分子在內的極小物質的節能和選擇性過濾器。

但是，當孔隙之間的間隔同樣減少到幾個原子時，不太直觀的變化也發生了。這樣做將石墨烯從半金屬到半導體進行了轉換，為電子應用打開大門，在那裡它可以用來代替笨重，剛性的硅元件。

儘管所有這些在理論上都是正確的，但是製造這樣的材料需要精準的技術。目前的製造方法還無法達到，而且，看起來我們不太可能做到這一點。問題是這個方法需要衝孔，操縱單個原子厚的材料，這是一個非常複雜的任務。在這裡，研究團隊需要一個「自下而上」的基於分子自組裝、二維聚合的原理，有效生長石墨烯納米孔需要從頭開始。

對於這種方法，研究人員需要一個非常特殊的前體分子作為初始構建塊，當受到不同的刺激時，它起到了預期那樣的作用。在這項工作中，化學專家在CiQUS設計與合成這些前體。

他們被放置在黃金表面的高溫下進行幾輪加熱，用於催化的分子首先進行聚合反應，形成長的花邊狀的納米帶，然後橫向結合，創建理想的均勻分布的二維納米網狀結構。

在ICN2進行了模擬和實驗測試，結果表明，新的石墨烯具有電氣性能，類似於硅，它也可以作為一個具有高度選擇性的分子篩。考慮到現實應用，正是這兩個屬性，可以考慮結合濾波器和感測器設備的發展，這不僅為特定的分子進行排序，也會者阻止或監視他們的納米孔通道。這樣的電讀數將提供更多的信息，確切地說明通過孔隙時的分子濃度，以及在DNA測序中進行應用。

事實上，這種可調的、均勻納米多孔石墨烯膜的實際應用是多種多樣的。它們的範圍從污染監測和減災、水脫鹽，甚至在生物醫學中都有應用，如超薄、柔性、生物膜可用於失效的器官，如人體內天然的過濾器，腎。

文章來自phys網站，原文題目為One step closer to using nanoporousgraphene in smart filters and sensors，由材料科技在線匯總整理。

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