北京白癜风医院 http://baidianfeng.39.net/a_yqhg/160310/4784646.html
本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
来自莫斯科物理技术研究所（MIPT）、Skoltech和俄罗斯科学院高温联合研究所的科学家们对石墨烯中的缺陷对石墨烯溶液界面电子转移的影响进行了理论研究。他们的计算结果表明，缺陷可以使电荷转移率提高一个数量级。此外，通过改变缺陷的类型，可以有选择地催化溶液中某一类试剂的电子转移。这对于制造高效的电化学传感器和电催化剂非常有用。该研究结果发表在《ElectrochimicaActa》杂志上。
碳在电化学中得到了广泛的应用。一种由石墨烯制成的新型碳基电极，在生物传感器、光伏电池和电化学电池等领域具有巨大的潜力。例如，化学改性石墨烯可作为铂或铱催化剂的廉价有效的类似物，用于燃料电池和金属空气电池中。
石墨烯的电化学特性在很大程度上取决于其化学结构和电子特性，而电子特性对氧化还原过程的动力学有重要影响。最近，研究石墨烯表面异质电子转移动力学的兴趣受到了新的实验数据的刺激，新的实验数据显示，在结构缺陷处，如空位、石墨烯边缘、杂质原子和含氧官能团等结构缺陷处存在加速转移的可能性。
最近，三位俄罗斯科学家共同撰写的一篇论文提出了石墨烯表面电子转移动力学的理论研究，研究了石墨烯表面的各种缺陷：单空位和双空位、斯通-韦尔斯缺陷、氮杂质、环氧基和羟基基团等。所有这些变化都显著影响了转移率常数。最明显的影响与单空位有关。相对于无缺陷的石墨烯，转移率预计会增长一个数量级。这种增长应该只有在标准氢电极的标准电位为-0.2伏至0.3伏的氧化还原过程中才能观察到。计算结果还表明，由于石墨烯片的量子电容较低，电子转移动力学可以通过改变双电层的电容来控制。
在我们的计算中，我们试图建立异质电子转移动力学与缺陷引起的石墨烯电子特性变化之间的关系。结果发现，在原始石墨烯片中引入缺陷会导致费米级附近的电子态密度增加，并催化电子转移。MIPT高温过程物理系的SergeyKislenko副教授说。同时，根据缺陷的种类，它以不同的方式影响不同能量区域的电子态密度。这为实施选择性电化学催化提供了一种可能性。我们相信，这些影响可以用于电化学传感器的应用，我们正在开发的理论仪器可以用于电化学新材料的定向化学设计，用于电化学应用的新材料。
论文标题为《Influenceofdefectsingrapheneonelectrontransferkinetics:Theroleofthesurfaceelectronicstructure》。
