六方氮化硼-水界面自发表面充电与 Janus 特性
化学物理
2025-04-03 v1
摘要
硼、氮和碳在元素周期表中相邻，可形成极其相似的双面结构——六方氮化硼 (hBN) 与石墨烯——但纳流体实验表明其上的水摩擦力差异巨大。我们通过表面特异振谱、原子分辨率原子力显微镜 (AFM) 和基于机器学习的分子动力学，探讨了 hBN 界面水及其原子尺度特性的差异。光谱显示，原始 hBN 在中性 pH 下接触水时获得显著负电荷，不同于疏水性石墨烯，导致界面水 alignment 以及更强的氢键。AFM 支持这种充电并非由缺陷引起。pH 依赖性测量表明 OH- 吸附与物理吸附两种状态几乎等稳定，模拟验证了这两种状态之间发生动态交换。这一发现挑战了将 hBN 视为化学惰性和疏水性的观念，揭示了其自发表面充电和 Janus 特性，以及其相对于碳表面的更高水摩擦力的分子机制。
引用
@article{arxiv.2504.01152,
title = {Spontaneous Surface Charging and Janus Nature of the Hexagonal Boron Nitride-Water Interface},
author = {Yongkang Wang and Haojian Luo and Xavier R. Advincula and Zhengpu Zhao and Ali Esfandiar and Da Wu and Kara D. Fong and Lei Gao and Arsh S. Hazrah and Takashi Taniguchi and Christoph Schran and Yuki Nagata and Lyderic Bocquet and Marie-Laure Bocquet and Ying Jiang and Angelos Michaelides and Mischa Bonn},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.01152},
year = {2025}
}
备注
18 pages, 3 figures