振動和周波発生分光法（VSFG）を用いると、濡れ性を分子レベルで微視的に理解できる Microscopic understanding of wettability can be achieved at the molecular level using ‘vibrational sum-frequency generation spectroscopy’ (VSFG)
2022-04-25 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)
・現在使われている反射型赤外分光法やラマン分光法などの微視的な測定技術では、界面水分子を選択的に観測することはできない。液体のバルク全体に存在する水分子の数は、表面に接触している分子よりもはるかに多いため、界面水分子の信号は、バルクの液体中の水分子の信号によって不明瞭になる。
・韓国ソウルの基礎科学研究所（IBS）内の分子分光学・動力学センター（CMSD）と高麗大学の研究チームは、振動和周波発生分光法（VSFG）が2次元材料の濡れ性を測定するのに使える可能性を見いだした。VSFG分光法を用いて、グラフェンと水の界面に存在する水分子の振動モードを測定することに成功した。
・研究グループは、グラフェンが基板の濡れ性をその表面に投影するユニークな能力（「濡れ透磁率」と呼ばれる）を持つことを突き止め、グラフェンの濡れ透磁率が、グラフェン層の数が増えるにつれて減少し、4層以上の厚さになると消失することを確認した。これは、グラフェン表面がある層数以上で疎水性になることを分子レベルで記述した初めての観察結果である。
・本研究は、「Chem」誌オンライン版（IF 22.804）に掲載された。
＜関連情報＞
- https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/selectBoardArticle.do?nttId=21225&pageIndex=1&searchCnd=&searchWrd=
- https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(22)00167-X
グラフェンの濡れ性、水接触角、界面水構造 Wettability of graphene, water contact angle, and interfacial water structure
Eunchan Kim ,Donghwan Kim ,Kyungwon Kwa,Yuki Nagat,Mischa Bon,Minhaeng Cho,Show footnotes
Chem Published:April 26, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.04.002
Summary
Understanding the details of water interacting with graphene is essential for various applications, such as water desalination, energy storage, and catalysis. However, the hydrogen-bonding structure of the water at the graphene-water interface has not been fully understood. Vibrational sum frequency generation (VSFG) spectroscopy is suited to elucidate the water structure at graphene-water interfaces. With varying numbers of graphene layers or tuning the doping level of a single monolayer, the interfacial water structure differs substantially. Specifically, as the number of graphene layers increases, water molecules with non-H-bonded, dangling OH groups become increasingly apparent. The fraction of dangling OH groups inferred from the VSFG spectrum correlates with the water adhesion energy of graphene. This observation suggests that VSFG could be an incisive technique for measuring the water adhesion energy on any spatially confined interface where the water contact angle cannot be measured. We anticipate that VSFG spectroscopy will shed light on the wettability of low-dimensional materials.
