当碳纳米管学会变色之后,石墨烯也坐不住了......
纳米人 纳米人 2018-08-04

上回书说道,小黑(碳纳米管)由于可以随心所欲变换颜色成功拿到选美冠军。二黑(石墨烯)眼看地位不保,自2010年(诺贝尔物理学奖)至今,从未丢失过冠军,如今被小黑逆袭实属心有不甘。二黑冥思苦想,准备从着装上改变自己。

 

听闻在一个叫加州大学伯克利分校的地方,有一群闻名遐迩的服装设计师,可以为任何人量身打造属于自己与众不同的金装。二黑顾不上休息,连夜赶路,从自己的家乡(英国曼彻斯特大学)远渡重洋,到达加州大学伯克利分校。设计师们费尽九牛二虎之力为二黑打造一款时尚的新装,穿上这款新衣的二黑回到村子里面,凭借着焕然一新的气质重新夺得了选美冠军。

 

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第一作者:Dharati Joshi、Meghan Hauser

通讯作者:Ke Xu、Felix R. Fischer

通讯单位:加州大学伯克利分校

 

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课题组主页:

http://www.cchem.berkeley.edu/frfgrp/(Felix R. Fischer教授)

http://www.cchem.berkeley.edu/xuklab/(Ke Xu教授)

 

研究亮点:

1. 用点击化学技术成功在石墨烯纳米带上修饰荧光基团(Cy5-cGNRs)。

2. Cy5-cGNRs的长度约为10微米,是目前可进行成像的最大尺寸。

3. 该技术允许在绝缘基底上原位无损检测石墨烯纳米带。

 

原子级精确的石墨烯纳米带由于其众多独特的电学性质,被广泛应用于电子器件领域。但是对基底上的石墨烯纳米带进行一个高分辨的成像及无损伤的原位检测仍然是当前该领域的一个难题。传统的检测手段具有较多的局限性,已经不能满足当前对无损原位检测技术的追求了,发展一种新的检测手段迫在眉睫。

 

有鉴于此,加州大学伯克利分校的Ke Xu教授Felix R. Fischer教授团队联合开发了一种在绝缘基底上实时成像及无损检测的技术,成功解决了困扰大家的难题。

 

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文章TOC

 

首先,研究者们用自下而上的策略合成出原子级精确的石墨烯纳米带,而后对其进行叠氮化处理,接下来通过点击化学的手段在其周围修饰上荧光染料分子(Cy5),成功获得荧光分子标记的石墨烯纳米带(Cy5-cGNRs)。整个合成过程经过了严谨详细的表征,以证明合成得到材料的真实性及纯度。

 

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图1 染料分子修饰的 Cy5-cGNRs的合成与表征

 

到底这种Cy5-cGNRs材料能否达到预期的效果呢?研究者用传统的荧光显微镜及超高分辨荧光显微镜进行了比较。将Cy5-cGNRs的溶液旋涂在玻璃片上,Raman成像表明,除了极少部分发生了团聚,大部分是形成了一个相对较均匀的膜。在传统荧光显微镜下,虽然可以比较清晰地看到Cy5-cGNRs,但是这样的分辨力对于分散及团聚的Cy5-cGNRs还是有点力不从心。

 

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图2 Cy5-cGNRs传统荧光光谱与超高分辨荧光光谱比较

 

为了进一步提高分辨率,研究者进一步使用超分辨分辨荧光光谱。在超高分辨荧光光谱下,清晰地分辨出了未团聚的Cy5-cGNRs,相较传统的荧光显微镜,超高分辨荧光光谱分辨率有了10倍提升。

 

为了证明这项技术的通用性,研究者将体系拓展到单壁碳纳米管。他们将Cy5-SWNTs旋涂在玻璃片上,比较了常规荧光和超高分辨荧光成像的效果。研究结果表明该技术具有良好的普适性。

 

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图3 Cy5-SWNTs常规荧光,超高分辨荧光与AFM表征

 

传统表征方法对于基底也有很高的要求,那么这种方法在基底选择上是否具有优势呢?研究者在不同基底上开展了实验,包括Si片及Si/SiO2。实验结果证实,该技术对于不同材料,不同基底均有很好的普适性。

 

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图4 Cy5-cGNRs常规荧光和超高分辨荧光成像比较

 

综上所述,研究者通过在原子级精确石墨烯碳纳米带周围修饰荧光分子,成功在基底上实现了荧光成像和原位无损检测,在很大程度上解决了在绝缘基底上进行GNR高分辨荧光成像的难题。

 

科研界从来就是竞争激烈,黑暗时常有之,切不可自暴自弃,吾等该学习小黑和二黑,重压之下,奋力革新。小黑(碳纳米管)和二黑(石墨烯)的故事讲完了,我仿佛看见了大黑(富勒烯)也是蠢蠢欲动。让我们一起期待大黑的逆袭崛起之旅吧。

 

参考文献:

Joshi D, Hauser M, Veber G, et al. Super-Resolution Imaging of Clickable Graphene Nanoribbons Decorated with Fluorescent Dyes[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b04679

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b04679

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