江苏激光联盟导读：
来自 曼彻斯特大学 的 研究人员于ACS Nano发表的"Exploiting the Surface Properties of Graphene for Polymorph Selectivity"一文 证明石墨烯的表面性质可用于控制从溶液中获得的有机晶体的结构。
研究背景
从溶液中结晶是我们日常生活中可以经历的基本过程之一。尽管此过程早在几个世纪前就为人所知，并且对许多行业也很重要，但从溶液中的结晶仍未完全理解。这使得所需形式的晶体（多晶型物）的生产具有挑战性。因此，建立对结晶过程的控制已成为数十年来积极研究的领域。
表面在结晶中起重要作用，因为溶质与表面的相互作用会改变成核的能量和动力学，从而导致异相成核。表面可以作为基材或作为杂质引入。尽管通过利用一些选定的表面已经实现了优先成核，但是由于缺乏对纳米级结晶机制的认识，对于异质结晶智能模板的设计仍然没有硬性规定。因此，需要开发超越传统方法的方法。
实验创新
在该研究中，研究人员提出了一种研究结晶的方法，该方法基于纳米材料的使用和纳米技术提供的工具。首先，与工业结晶器不同，结晶实验是在微滴中进行的。其次，晶体通过拉曼光谱法表征，可以测量单个晶体，从而可以检测出多态结果的微小变化，这与X射线衍射不同，后者主要用于这些研究。最后，研究人员使用一种特殊类型的纳米材料——石墨烯，最著名的二维晶体，具有独特的特性。
石墨烯为基底实验。图片来源：维也纳科技大学
石墨烯由单层碳原子组成。优异的电子、热、机械和光学性能使石墨烯成为目前研究最多的材料之一。这种材料对于研究结晶非常有吸引力，因为它完全是一个表面，可以通过共价功能化和静电掺杂轻松调整其表面性质，并且可以溶液加工。这使研究人员能够执行两种类型的结晶实验：一种使用石墨烯作为底物基底，另一种使用石墨烯作为添加剂。这与先前的研究形成了对比，在先前的研究中，针对基底或添加剂是专门定制的。
石墨烯作为（a）添加剂和（b）基底的结晶实验的化学反应。
研究人员使用具有不同表面化学性质的石墨烯作为模板研究甘氨酸的结晶。选择甘氨酸来研究石墨烯在结晶中的应用，是因为它的分子简单性和经过充分研究的多晶型物（表示为α，β和γ）。与蒸发液滴接触区域的不稳定β型相比，石墨烯诱导亚稳态α-多晶型的优先结晶。葡萄牙阿威罗大学的Melle Franco教授进行的计算机模拟表明，这种选择性与羟基的存在有关，允许与甘氨酸分子的氢键相互作用，从而一旦在晶体生长过程中添加了额外的多晶型层，α-形式比β-形式更受青睐。即石墨烯上存在少量氧化部分，这是增加α型稳定性的原因。
甘氨酸与石墨烯添加剂的结晶
甘氨酸的光学图像在具有0，2，75和100％石墨烯覆盖率的Si / SiO2基板上结晶（比例尺≈250μm）。
对在接触区域生长的晶体进行光学检查发现，通过用石墨烯涂覆硅基板，晶体的形态已发生改变：在接触区域突出的细长晶体的数量随石墨烯覆盖率的增加而降低，这表明可能会减少 β-多晶型物晶体。对于GrECE（K）涂覆的基材，观察到了类似的趋势。
通过利用石墨烯可调的表面化学性质，石墨烯可以成为一种具有吸引力的多晶型选择性和筛选材料。
Matthew Boyes和Adriana Alieva都是曼彻斯特大学的博士生，他们都为这项研究做出了贡献。该研究这是在结晶实验中使用石墨烯作为添加剂的开创性工作。研究人员使用了不同类型的具有不同氧含量的石墨烯，并研究了它们对晶体的影响观察到，通过仔细调节石墨烯的氧含量，有可能诱发优先结晶。
领导该团队的Cinzia Casiraghi教授表示最终，我们已经证明，先进的材料（例如石墨烯和纳米技术的工具）使人们能够以一种全新的方式研究溶液中有机分子的结晶。现在能够转向通常用于制药和食品的分子，以进一步研究石墨烯在晶体工程领域的潜力。