近日，威廉希尔官网王耀辉副教授和化学化工学院李剑锋教授在石墨烯界面水研究方向取得重要进展，相关研究成果以“Characterizing surface-confined interfacial water at graphene surface by in-situ Raman spectroscopy”为题发表于Joule（DOI: 10.1016/j.joule.2023.06.008）。
水-材料界面在自然界中无处不在，界面水会直接参与界面过程，进而影响材料的理化性能。二维材料石墨烯因其独特的力学和电学性能被广泛关注，基于石墨烯界面水物理化学特性发展了一系列研究。如以石墨烯载体与水相关的电催化反应；水在石墨烯表面的运动产生电能以及电控制下水分子穿透石墨烯膜等。因此，清楚认识电场作用下石墨烯界面水的行为，对于表面科学、材料和能源等领域的发展具有重要意义。石墨烯界面水位于两相之间，界面电化学反应不断发生且含量远低于体相水，然而，受限于传统表征技术的限制，导致石墨烯界面水往往难以探测，一直是一个长期的研究难题。
针对上述难题，王耀辉副教授团队通过湿法转移将石墨烯转移至Au单晶表面，利用壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱原位研究了石墨烯界面水在电场调制下的演变过程。直接拉曼光谱和理论模拟发现，负电势可以诱导石墨烯向电子掺杂的状态转变；石墨烯界面水分子结构对电场的非对称响应；以及石墨烯表面阳离子特异性吸附行为。水的拉曼谱峰强度进一步揭示了石墨烯界面水的结构随电势的负移，由“平行”构型，逐渐转变为“单氢朝下”构型，再转变为“双氢朝下”构型，同时从头算分子动力学模拟也证实了界面水的结构转变过程。
王耀辉副教授和化学化工学院硕士生金鑫为该论文的共同第一作者，该工作在化学化工学院李剑锋教授和程俊教授共同指导下完成，南京航空航天大学博士后薛敏珉、我校博士后乐家波、博士生曹茂丰、博士生林高翔、博士生杨伟民、硕士生徐帆参与了实验和理论工作，我校杨志林教授、周颖慧教授、蔡伟伟教授、曹阳教授和南京航空航天大学郭万林院士、张助华教授参与了论文的讨论工作。研究工作得到了国家重点研发计划（2019YFA0705400），国家自然科学基金（T2293692、21925404、22021001、21991151）的资助。
