2025年11月25日，Nat. Commun.在线发表了奥地利格拉茨技术大学Anton Tamtögl和英国萨里大学Marco Sacchi课题组的研究论文，题目为《Understanding water behaviour on 2D material interfaces through single-molecule motion on h-BN and graphene》。
理解二维材料上的水行为对于传感、微流体和摩擦学应用至关重要。尽管石墨烯-水相互作用已得到充分研究，但六方氮化硼（h-BN）上的水行为在很大程度上仍未得到探索。尽管其结构与石墨烯相似，但h-BN具有极性B-N键，因此呈现出独特的电子和化学性质。以往的研究多集中于多层水体系，对单分子动力学的理解仍非常有限。
在此研究中，作者通过氦自旋回波光谱与第一性原理计算，揭示了单水分子在h-BN与石墨烯表面的扩散差异。在h-BN/Ni上，水分子表现出耦合的旋转-平动运动模式，这与石墨烯上观察到的离散跳跃机制截然不同。水分子可绕其质心自由旋转，尽管两者表面结合能相近，但h-BN上水分子动力学的活化能比石墨烯低2.5倍。经典模型无法捕捉的这些动力学特征，凸显了极性二维表面水输运的本质差异。进一步证明支撑衬底对水摩擦具有显著影响：h-BN/Ni的摩擦远低于石墨烯/Ni，这与自支撑层的行为相反。这些发现挑战了既有认知，并为需要精确调控水流动性的微流体器件设计提供了新思路。
论文链接
Seiler, P., Payne, A.J.R., Xavier Jr, N.F. et al. Understanding water behaviour on 2D material interfaces through single-molecule motion on h-BN and graphene. Nat. Commun., 2025, 16, 10465. https://doi.org/10.1038/s41467-025-65452-1
投稿日期：2025年02月25日
接收日期：2025年10月14日
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