石墨烯單層膜可以在超高真空下外延生長(zhǎng)在許多單晶金屬表面。一方面這些單分子層保護(hù)活性高的金屬表面不受污染，但另一方面，石墨化碳層的堆積阻礙了過(guò)渡金屬催化劑的活性。

石墨的惰性和活性位點(diǎn)的物理堵塞阻止了金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。費(fèi)爾南多?馬丁(Fernando Martin)、埃米利奧?佩雷斯(Emilio Perez)和Amadeo Vazquez de Parga (IMDEA Nanociencia和馬德里自治大學(xué)(Universidad Autonoma de Madrid))領(lǐng)導(dǎo)的研究人員證明，金屬表面的納米結(jié)構(gòu)石墨烯單層膜能夠促進(jìn)一種化學(xué)反應(yīng)，這種化學(xué)反應(yīng)在非催化條件下不太可能發(fā)生。

博科園-科學(xué)科普：釕晶體Ru(0001)被外延生長(zhǎng)的連續(xù)石墨烯層覆蓋，由于晶格參數(shù)的不同，石墨烯層出現(xiàn)了新的超周期，并調(diào)節(jié)了其電子性能。利用這種調(diào)制將表面與聚異丙基(-CH2CN)功能化，共價(jià)鍵合到云霧單元單元中六邊形緊密填充區(qū)中心，并摻雜TCNQ(7,7,8,8-四氯化碳-對(duì)醌甲烷)。TCNQ是一種用于p-dope石墨烯薄膜的電子受體分子。當(dāng)沉積在石墨烯表面時(shí)，這種分子被吸收在兩個(gè)波紋之間的橋上。在這里值得注意的是表面和石墨烯層在催化TCNQ和-CH2CN反應(yīng)中的重要作用。TCNQ與CH3CN(原始反應(yīng)物處于氣相)的反應(yīng)加上氫原子的損失是非常不可能的，因?yàn)榇嬖诟吣芰课粔?約5ev)。石墨烯層的存在將這種能量壁壘降低了5倍，從而有利于產(chǎn)品的形成。

納米結(jié)構(gòu)石墨烯以三種方式促進(jìn)反應(yīng)：首先它保持-CH2CN的位置;第二，它能有效地從釕轉(zhuǎn)移電荷;第三，它通過(guò)釕阻止TCNQ的吸收，使分子在表面擴(kuò)散。在原始釕上進(jìn)行類似的清潔反應(yīng)是不可能的，因?yàn)獒懙姆磻?yīng)特性導(dǎo)致CH3CN的吸收，并阻礙一旦吸附在表面的TCNQ分子的流動(dòng)性，結(jié)果證實(shí)了石墨烯在該反應(yīng)中的催化特性。埃米利奧證實(shí)：用其他形式的碳很難獲得這樣的選擇性。

此外利用掃描隧道顯微鏡(STM)將TCNQ分子注入電子，這種分子的單獨(dú)操作導(dǎo)致C-C鍵斷裂，從而導(dǎo)致初始反應(yīng)物ch2cn -石墨烯和TCNQ的恢復(fù)。該過(guò)程在單分子水平上是可逆和可重復(fù)的。由于研究人員已經(jīng)觀察到近藤核磁共振，這個(gè)過(guò)程的可逆性可以被認(rèn)為是由化學(xué)反應(yīng)控制的可逆磁開(kāi)關(guān)。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自：IMDEA Networks Institute

參考期刊文獻(xiàn):《Science Advances》

論文DOI: 10.1126/sciadv.aau9366

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