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利用原子力显微镜耦合红外光谱技术对氧化石墨烯上氧官能团进行纳米级化学成像

DOI：10.1016/j.jcis.2019.08.089 期刊：Journal of Colloid and Interface Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 明确测定氧化石墨烯(GO)的化学官能团对其潜在应用开发至关重要。然而，由于GO具有高度非均匀的非化学计量结构和超薄层特性，其氧官能团分布图谱至今尚未得到明确解析。本研究采用原子力显微镜红外联用技术(AFM-IR)，首次实现了单层和多层GO表面氧官能团空间分布的实验观测。该新型AFM-IR技术突破了传统红外光谱数微米的衍射极限，达到20纳米的高空间分辨率，可检测单层GO约1纳米厚度区域的红外吸收信号。通过纳米级化学成像，AFM-IR成功区分了GO表面不同氧官能团的分布特征。研究发现这些氧官能团倾向于聚集在GO的折叠区域、离散畴区及边缘位置，这为深入理解其化学本质提供了新视角。通过精确定位官能团的空间分布，不仅深化了对GO结构-性能关系的认知，更为聚合物、生物材料及其他纳米结构的靶向接枝奠定了基础。
作者： Zilong Liu，Tatiana Rios-Carvajal，Marcel Ceccato，Tue Hassenkam
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用原子力显微镜红外光谱（AFM-IR）研究单层和多层氧化石墨烯（GO）上氧官能团的空间分布，突破传统红外光谱数微米的衍射极限。

研究成果

原子力显微镜红外光谱（AFM-IR）提供了一种新颖的无标记光谱分析方法，能以高空间分辨率表征和鉴定单层及多层氧化石墨烯的化学官能团。该技术可观测氧化石墨烯上氧官能团的分布情况，有助于理解其结构-性能关系并实现定向应用。

研究不足

该研究受限于样品制备方法及AFM-IR测量所采用的特定条件。潜在的优化方向包括提高氧化石墨烯样品的均匀性，以及进一步提升AFM-IR的空间分辨率。

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