中科院&国科大最新Nature: 利用氧化石墨烯纳米片探测冰的临界成核尺寸

【引言】

水的结冰在生活中是常见的现象，该现象在气候变化、化学工业、低温生物学和材料科学等领域均有巨大的影响力。冰的成核则是水结冰现象中的关键步骤，在而近一个世纪中，人们一直认为临界冰核的形成是这一成核步骤的必要条件。然而，由于冰核的纳米尺度大小以及转瞬即逝的特性，一直以来缺乏直接的实验证据来证明冰核的存在

【成果简介】

中科院化学所的王健君和国科大的周昕（共同通讯作者）等人报道了包含有尺寸可控的氧化石墨烯纳米片水滴中冰成核现象。文章揭示了当这一纳米片在超过临界尺寸时能够深刻影响冰成核过程。通过实验数据和理论计算，研究人员推断当纳米片表面出现足够大的石墨烯氧化物时，氧化石墨烯的临界尺寸能够反映临界冰核的尺寸，并且引发符合经典成核理论的冰形成行为。而相反地，若石墨烯氧化物的尺寸小于临界冰核尺寸时，石墨烯氧化物则会影响干扰冰核的生长。这一结果为临界冰核的存在提供了实验证据，并为探测更多的成核过程提供了新的方法和视野。2019年12月18日，相关成果以题为“Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1 尺寸可控的氧化石墨烯

图2 氧化石墨烯的冰成核行为

图3纳米片冰成核现象中的转变行为

图4 氧化石墨烯纳米片上冰成核自由能垒的变化

文献链接：Probing the critical nucleus size for ice formation with graphene oxide nanosheets（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1827-6）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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