Недавно исследовательская группа под руководством Гао Либо и Юань Говэня с физического факультета Нанкинского университета Китая в сотрудничестве с Юго-Восточным университетом, Университетом Китайской академии наук и другими учреждениями успешно осуществила стабильную адсорбцию инертных газов на поверхности графена при комнатной температуре и атмосферном давлении. Результаты данного исследования были опубликованы в журнале National Science Review под заголовком "Ripple-assisted adsorption of noble gases on graphene at room temperature".

Исследование раскрывает новый механизм под названием "адсорбция, ассистируемая рябью" (ripple-assisted adsorption), который обусловлен нанометровыми волнами (рябью), присущими самим слоистым материалам. Графен в свободном состоянии не является абсолютно плоским, а обладает мелкими волнообразными структурами. Эти волны усиливают локальную кривизну, что, в свою очередь, укрепляет взаимодействие между атомами инертного газа и атомами углерода, обеспечивая стабильную адсорбцию.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа команда впервые непосредственно наблюдала, как атомы ксенона образуют плотноупакованную кристаллическую структуру на поверхности графена с межатомным расстоянием около 6.8 Å. Атомы аргона и гелия выстраиваются в периодические димеры. Процесс адсорбции является высоко обратимым: при повышении температуры примерно до 300°C происходит полная десорбция газа, при этом структура графена остается неповрежденной.

Данный механизм адсорбции применим не только к графену, но также может быть распространен на различные слоистые материалы, такие как дисульфид молибдена, однослойные углеродные нанотрубки и другие. После адсорбции газа электрические, сверхпроводящие и оптические свойства материалов претерпевают значительные изменения, которые обратимо восстанавливаются после десорбции, демонстрируя хорошую управляемость.

Это исследование открывает новые перспективы для таких областей, как хранение, разделение и катализ газов, преодолевая ограничения традиционных механизмов адсорбции. Работа была поддержана проектами Национального фонда естественных наук Китая, Фонда естественных наук провинции Цзянсу и других организаций, и выполнена на базе физического факультета Нанкинского университета и других платформ.