【纳米】缺陷变身“纳米反应器”：超氧阴离子主导的石墨烯缺陷精准标记

石墨烯凭借优异的电学、力学和热学性能，在电子器件、能源催化和传感领域展现出广阔应用前景。然而，在石墨烯化学气相沉积（CVD）制备过程中，不可避免会引入晶界、褶皱和空位等结构缺陷，这些缺陷在改变石墨烯本征物性的同时，也重构了其局域电子结构，使缺陷位点成为化学反应活性显著增强的“电子富集区”。能否将这种局域电子态差异转化为可读的化学信号，从而实现对石墨烯缺陷的精准识别与可视化？近日，重庆大学胡宝山教授与重庆科技大学杨倩副教授联合研究团队，提出了一种基于染料分子光敏化的缺陷标记新策略，依托石墨烯/铜（Gr/Cu）界面的电子调控作用，构建了一种局域纳米反应器，通过超氧阴离子自由基（·O₂^-）主导的选择性刻蚀，实现对石墨烯缺陷的精准标记。

图1.石墨烯/铜界面纳米反应器中MB光敏化标记缺陷的机理示意图。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

石墨烯缺陷的精准检测和调控长期受到广泛关注。传统透射电子显微镜等技术虽可提供原子尺度结构信息，但通常依赖昂贵设备和复杂操作，难以满足大面积、快速检测的需求。以小分子作为探针，利用缺陷区域更高的化学活性实现标记，是一种可行思路，但O₂、OH、H₂S等小分子易在石墨烯与基底之间发生插层，诱发非缺陷区域的副反应，从而削弱标记的选择性。相比之下，染料分子具有较大的分子尺寸，可有效抑制界面插层；若进一步利用缺陷位点的局域电子环境调控染料分子的光敏化路径，则有望在缺陷处原位生成活性物种，并驱动位点选择性刻蚀。

基于这一思路，研究团队选择亚甲基蓝（MB）作为光敏化探针，利用石墨烯缺陷与Cu基底之间的电子耦合作用，构建了一种界面限域光化学反应体系。石墨烯缺陷通过与Cu基底的作用形成局域富电子环境，使石墨烯缺陷/Cu界面成为具有持续电子供给能力的纳米反应器。吸附于缺陷位置的MB分子在光照下被激发形成三重态，在缺陷界面持续电子供给的调控下，促使光敏化过程沿Type I电子转移路径进行，并在MB浓度、溶剂环境等因素协同作用下促进·O₂^-生成。随后，·O₂^-在缺陷处持续参与界面反应，驱动石墨烯下方Cu基底发生选择性刻蚀。由于刻蚀反应发生在石墨烯缺陷位置，所形成的铜蚀坑在光学显微镜下呈现明显暗点，从而将纳米尺度的缺陷电子结构差异转化为可读的光学标记。该过程避免了传统小分子探针易插层、易引发非特异性副反应的问题，实现了石墨烯缺陷的定域化学标记。

图2. 缺陷限域刻蚀的动力学与DFT解析。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

该研究将石墨烯缺陷从传统意义上的“结构缺陷”重新定义为能够主动调控界面光化学反应的活性化学位点，实现了二维材料缺陷从被动观察到主动标记的转变。该策略不仅为石墨烯缺陷的纳米尺度表征提供了可借鉴的界面化学途径，也为二维材料缺陷工程、位点选择性修饰以及功能化应用提供了新的思路。

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Superoxide-Anion-Dominated Labeling of Graphene Defects in an Interfacial Nanoreactor of Electron-Donated Substrate

Qian Yang, Maoyun Yin, Yan Jin, Rong Wang, Yuehong Lv, Xiangnan Gong, Tao Han, Baoshan Hu

Angew. Chem. Int. Ed., 2026, DOI: 10.1002/anie.2000678

研究团队介绍

胡宝山，重庆大学教授，主要研究方向为碳纳米材料控制制备和生长机理、碳纳米材料功能化及其应用。

杨倩，重庆科技大学副教授，主要研究方向为碳材料的可控制备、界面工程与应用。

信息来源：X-MOL资讯

2026中国国际石墨烯创新大会

11月13-15日中国·温州

“2026年中国国际石墨烯创新大会”将由石墨烯产业技术创新战略联盟（CGIA）和正泰集团联合主办，将于2026年11月13-15日在温州市（乐清）举办。大会聚焦石墨烯应用市场，着力促进石墨烯创新成果与产业端的深度对接合作，推动石墨烯产业迈向高质量发展新阶段。2026中国国际石墨烯材料应用博览会将同期举办。

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??重磅征稿｜2026 中国国际石墨烯创新大会论文征集通知

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