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Reversible Transition of Graphene from Hydrophobic to Hydrophilic in the Presence of an Electric Field

石墨烯 电场 解吸 材料科学 吸附 化学物理 纳米技术 化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Qi–Chuan Jiang,Zhimin Ao,Dewei Chu,Qing Jiang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:116 (36): 19321-19326 被引量:53
标识
DOI:10.1021/jp3050466
摘要

The catalytic effect of a perpendicular electric field on the reversible transition of graphene with water from hydrophobic to hydrophilic has been investigated by using first principles calculations. It is found that a negative electric field F can reduce the energy barrier for H2O dissociative adsorption on graphene, while a positive electric field has an opposite effect. Under F = −0.39 V/Å, the energy barrier becomes negative and the dissociative adsorption occurs smoothly without any potential barrier, which results in hydrophilic graphene. For the desorption of H and OH from graphene after the dissociative adsorption of the H2O molecule, the positive electric field of F = 0.36 V/Å leads to a negative desorption energy barrier and the desorption progress is present automatically, making the graphene hydrophobic again. Therefore, the electric field can act as a switch to reversibly change the graphene from hydrophobic to hydrophilic in the presence of water vapor.
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