一种为电源和显示设备制造纳米石墨烯的高效新方法

纳米石墨烯是一种可以从根本上改善太阳能电池、燃料电池、LED 等的材料。通常，这种材料的合成不精确且难以控制。研究人员首次发现了一种简单的方法来精确控制纳米石墨烯的制造。通过这样做，他们揭示了纳米石墨烯生产中涉及的以前不清楚的化学过程。

石墨烯，一个原子厚的碳分子片，可以彻底改变未来的技术。石墨烯的单元被称为纳米石墨烯; 这些是针对特定功能量身定制的，因此，它们的制造过程比通用石墨烯的制造过程更复杂。纳米石墨烯是通过从碳和氢的有机分子中选择性地去除氢原子制成的，这一过程称为脱氢。

“脱氢发生在金属表面，如银、金或铜的表面，它充当催化剂，是一种能够或加速反应的材料，”高级材料科学系的助理教授 Akitoshi Shiotari 说。“然而，这个表面相对于目标有机分子来说很大。这导致了制作特定纳米石墨烯的困难。我们需要更好地了解催化过程和更精确的控制方法。”

Shiotari 和他的团队通过探索各种方法来进行纳米石墨烯的合成，提出了一种提供必要的精确控制并且非常有效的方法。他们使用了一种称为原子力显微镜(AFM)的特殊显微镜，该显微镜用纳米针状探针测量分子的细节。这种探针不仅可以用来检测单个原子的某些特征，还可以用来操纵它们。

“我们发现 AFM 的金属探针可以破坏有机分子中的碳氢键，”Shiotari 说。“鉴于它的尖端非常小，它可以非常精确地做到这一点，并且它可以在不需要热能的情况下破坏键。这意味着我们现在可以以比以往任何时候都更可控的方式制造纳米石墨烯组件。”

为了验证他们所看到的，该团队用各种有机化合物重复了这个过程，特别是两种结构非常不同的分子，称为苯甲酮和非苯甲酮。这表明所讨论的 AFM 探针能够从不同种类的材料中提取氢原子。如果要将这种方法扩大到商业生产手段，那么这样的细节很重要。

“我认为这项技术可能是自下而上创建功能性纳米分子的最终方法，”Shiotari 说。“我们可以使用 AFM 将其他刺激应用于目标分子，例如注入电子、电场或排斥力。能够在如此微小的尺度上观察、控制和操纵结构令人兴奋。”

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