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柏林洪堡大学--负载石墨烯单层界面电子转移的pH敏感性
       基于单个石墨烯单层的电化学器件通常是在固体载体如氧化硅、玻碳或金属薄膜上实现的。在这里,我们表明绝缘衬底上的石墨烯在不依赖于质子的电极反应中,具有各种氧化还原活性分子的石墨烯上的电子转移动力学由溶液pH值决定。我们认为该异常现象的起因主要是由于溶解/解离的氧化还原物质之间的静电效应,以及负载石墨烯-液体界面上痕量的可电离基团而引起的界面电荷。阳离子氧化还原物质在碱性pH下显示出较高的电子转移速率,而阴离子物质在酸性pH下有更快的电子转移。尽管在三种不同的绝缘衬底上的石墨烯上观察到这?#20013;?#20026;,但这?#20013;?#24212;的强度似乎取决于衬底的表面电荷密度。这一发现对设计基于石墨烯单分子层的电化学传感器和电催化剂具有重要意义。
 
 
Fig. 1 转移石墨烯单层的表征。(a)石墨烯片的光学显微照片。(b)包含高度剖面的石墨烯薄片AFM图。(c)转移后在石墨烯处测得的拉曼光谱。
 
 
Fig. 2 四种氧化还原探针在电化学蚀刻(e-蚀刻)之前(黑色)和之后(红色)的循环伏安法,扫描速率为100 mV s−1
 
 
Fig. 3 蚀刻前后使用FET测量估算Si/SiO2上石墨烯的表面电荷分布。(a), (b) 随pH(?#20381;?#20811;点以白色表示)和离子强度(IS)的变化而变化的电阻(re.Z)。(c)从a和b提取的?#20381;?#20811;点随pH的变化。(d)通过从25 mM的VDirac(c的虚线)中减去250 mM的VDirac(c的实线)对GLI的净表面电荷作为pH的定性估计。
 
 
Fig. 4 电解质溶液的pH值对石墨烯单层上四种氧化还原探针在Si/SiO2上电化学的影响。
 
 
Fig. 5 底层绝缘衬底的影响。
 
 
Fig. 6 ΔEpp(从在100 mV s-1处测得的CV中提取),并针对三个氧化还原探针的带有石墨烯(红色)和不带有石墨烯(蓝色)的Au电极,根据pH值估算k0
 
 
Fig. 7 不同绝缘基板上石墨烯的k0估计值和参考的玻碳(GC)。
 
 
Fig. 8 在Si/SiO2上制备的石墨烯电极上的x射线光谱学(XPS)。
  
      相关研究成果于2019年由柏林洪堡大学柏林?#20013;?nbsp;Kannan Balasubramanian课题组,发表在Nanoscale (DOI: 10.1039/c9nr05049c )上。原文: pH sensitivity of interfacial electron transfer at a supported graphene monolayer
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