我们经常发现，如果将食物长时间放置在外面，食物就会变烂，而削了皮或被切开的水果果肉会变成褐色。这种现象在我们的日常生活中很容易看到，它们是氧化还原反应的生动例子。也正是氧化还原反应决定了被誉为次世代材料如石墨烯等二维材料的物理性质。
韩国浦项科技大学化学系的Ryu团队发现，空气中的外部电荷对二维材料的掺杂，是通过水和氧分子的氧化还原对发生电化学反应形成的。他们使用实时光致发光成像，观察了二硫化钨与空气中的氧气/水之间的电化学氧化还原反应。根据他们的研究¸氧化还原反应可以决定二维材料的物理性质，这些二维材料被认为可以应用于可弯曲的成像元件，高速晶体管，下一代电池，超轻材料和其他二维半导体应用等领域中。
二维材料（如石墨烯和二硫化钨）是单层或几层纳米尺寸的原子。它们很薄，弯曲性能良好但很坚硬。由于这些特性，它们被认为是可用于半导体，显示器，太阳能电池等应用的理想材料。但是，由于在二维材料中所有原子都是表面原子，其所处环境对二维材料的影响很大，例如不适宜的温度和湿度都会使它们发生物理性质的改变或变形。在Ryu团队的这项研究公布之前，这种现象发生的原因尚属未知，控制材料性能也难以准确控制，造成其商业化迟迟没有进展。
该研究小组研究了二硫化钨的实时光致发光成像结果和石墨烯的拉曼光谱。他们证明了分子在二维材料和亲水性基底之间的二维纳米尺度空间扩散。他们还发现，在空间中有足够的水来调节其中发生的氧化还原反应。此外，他们还证明了酸（例如盐酸）中的电荷掺杂也同样由水中溶解的氧气和氢离子浓度（pH）决定。
他们在这项研究中完成的工作，为控制二维或其他低维材料的电，磁和光学特性提供了所需的基本原理。预计该方法可用于为防止二维材料因周围环境和后续处理（例如用于柔性和可拉伸显示器的封装）而产生变性的预处理技术。
Ryu教授说：“使用实时光致发光，我们能够证明空气中氧气和水分子的氧化还原对驱动的电化学反应是关键，并证明了控制二位材料性能的基本原理。这类反应不仅适用于二维材料，还适用于其他低维材料，例如量子点和纳米线。因此，我们的发现将成为发展基于低维材料的纳米技术的重要基础。”
文章来源：https://science.sciencemag.org/content/366/6469/1070
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