石墨烯单层膜可以在超高真空下外延生长在许多单晶金属表面。一方面这些单分子层保护活性高的金属表面不受污染，但另一方面，石墨化碳层的堆积阻碍了过渡金属催化剂的活性。石墨的惰性和活性位点的物理堵塞阻止了金属表面发生化学反应。费尔南多•马丁(Fernando Martin)、埃米利奥•佩雷斯(Emilio Perez)和Amadeo Vazquez de Parga (IMDEA Nanociencia和马德里自治大学(Universidad Autonoma de Madrid))领导的研究人员证明，金属表面的纳米结构石墨烯单层膜能够促进一种化学反应，这种化学反应在非催化条件下不太可能发生。
博科园-科学科普：钌晶体Ru(0001)被外延生长的连续石墨烯层覆盖，由于晶格参数的不同，石墨烯层出现了新的超周期，并调节了其电子性能。利用这种调制将表面与聚异丙基(-CH2CN)功能化，共价键合到云雾单元单元中六边形紧密填充区中心，并掺杂TCNQ(7,7,8,8-四氯化碳-对醌甲烷)。TCNQ是一种用于p-dope石墨烯薄膜的电子受体分子。当沉积在石墨烯表面时，这种分子被吸收在两个波纹之间的桥上。在这里值得注意的是表面和石墨烯层在催化TCNQ和-CH2CN反应中的重要作用。TCNQ与CH3CN(原始反应物处于气相)的反应加上氢原子的损失是非常不可能的，因为存在高能量位垒(约5ev)。石墨烯层的存在将这种能量壁垒降低了5倍，从而有利于产品的形成。
TCNQ-CH2CN分子在波纹石墨烯层上的图像(左)和计算几何图形的表示(右)。图片：Adapted from Navarro et al
纳米结构石墨烯以三种方式促进反应：首先它保持-CH2CN的位置;第二，它能有效地从钌转移电荷;第三，它通过钌阻止TCNQ的吸收，使分子在表面扩散。在原始钌上进行类似的清洁反应是不可能的，因为钌的反应特性导致CH3CN的吸收，并阻碍一旦吸附在表面的TCNQ分子的流动性，结果证实了石墨烯在该反应中的催化特性。埃米利奥证实：用其他形式的碳很难获得这样的选择性。
此外利用扫描隧道显微镜(STM)将TCNQ分子注入电子，这种分子的单独操作导致C-C键断裂，从而导致初始反应物ch2cn -石墨烯和TCNQ的恢复。该过程在单分子水平上是可逆和可重复的。由于研究人员已经观察到近藤核磁共振，这个过程的可逆性可以被认为是由化学反应控制的可逆磁开关。
博科园-科学科普｜研究/来自：IMDEA Networks Institute
参考期刊文献:《Science Advances》
论文DOI: 10.1126/sciadv.aau9366
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