基于單個石墨烯單層的電化學器件通常是在固體載體如氧化硅、玻碳或金屬薄膜上實現的。在這里，我們表明絕緣襯底上的石墨烯在不依賴于質子的電極反應中，具有各種氧化還原活性分子的石墨烯上的電子轉移動力學由溶液pH值決定。我們認為該異常現象的起因主要是由于溶解/解離的氧化還原物質之間的靜電效應，以及負載石墨烯-液體界面上痕量的可電離基團而引起的界面電荷。陽離子氧化還原物質在堿性pH下顯示出較高的電子轉移速率，而陰離子物質在酸性pH下有更快的電子轉移。盡管在三種不同的絕緣襯底上的石墨烯上觀察到這種行為，但這種效應的強度似乎取決于襯底的表面電荷密度。這一發現對設計基于石墨烯單分子層的電化學傳感器和電催化劑具有重要意義。
Fig. 1 轉移石墨烯單層的表征。(a)石墨烯片的光學顯微照片。(b)包含高度剖面的石墨烯薄片AFM圖。(c)轉移后在石墨烯處測得的拉曼光譜。
Fig. 2 四種氧化還原探針在電化學蝕刻(e-蝕刻)之前(黑色)和之后(紅色)的循環伏安法，掃描速率為100 mV s
−1。
Fig. 3 蝕刻前后使用FET測量估算Si/SiO
2上石墨烯的表面電荷分布。(a), (b) 隨pH(狄拉克點以白色表示)和離子強度(IS)的變化而變化的電阻(re.Z)。(c)從a和b提取的狄拉克點隨pH的變化。(d)通過從25 mM的VDirac(c的虛線)中減去250 mM的VDirac(c的實線)對GLI的凈表面電荷作為pH的定性估計。
Fig. 4 電解質溶液的pH值對石墨烯單層上四種氧化還原探針在Si/SiO
2上電化學的影響。
Fig. 5 底層絕緣襯底的影響。
Fig. 6 ΔEpp(從在100 mV s-1處測得的CV中提取)，并針對三個氧化還原探針的帶有石墨烯(紅色)和不帶有石墨烯(藍色)的Au電極，根據pH值估算k
0。
Fig. 7 不同絕緣基板上石墨烯的k
0估計值和參考的玻碳(GC)。
Fig. 8 在Si/SiO
2上制備的石墨烯電極上的x射線光譜學(XPS)。
相關研究成果于2019年由柏林洪堡大學柏林分校
Kannan Balasubramanian課題組，發表在Nanoscale (DOI: 10.1039/c9nr05049c )上。原文： pH sensitivity of interfacial electron transfer at a supported graphene monolayer
