SCMs | 酸性环境下金属阳离子-π相互作用驱动氧化石墨烯自卷曲

石墨烯纳米卷作为石墨烯的一维变体结构，它不仅继承了石墨烯优异的本征性能，还具有独特的开放拓扑结构。在石墨烯纳米卷的阿基米德型螺旋开放的层间内嵌功能组分，可赋予石墨烯新的功能，引领石墨烯在能量存储、环境修复、生物技术以及智能元器件等领域实现划时代变革。然而，引入功能性组分显著地削弱了石墨烯卷曲的驱动力，因此，制备功能化石墨烯纳米卷仍面临巨大挑战。

近日，哈尔滨工业大学吴晓宏教授和姚远副教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，将密度泛函理论预测与实验研究相结合，提出了一种制备功能化石墨烯纳米卷的普适性策略，即以金属阳离子-π相互作用为驱动力，实现氧化石墨烯在碳纳米管表面的自发卷曲，获得功能化石墨烯纳米卷，并进一步揭示了纳米卷的形成机制和酸度依赖性规则。基于石墨烯纳米卷的特殊分级结构以及金属阳离子的活性吸附，所制备的纳米卷气凝胶表现出优异的吸附性能，其吸附有机溶剂的容量可高达129.9–265.7 g g⁻¹。

这项工作提供了一种简单有效且具有普适性的功能化石墨烯纳米卷的制备策略，可为其在相关领域的推广与应用提供理论基础和技术支撑。

文章信息：

Ting Shi, Yuan Yao, Yang Li, et al. Acidity-dependent self-rolling of graphene oxide nanoscrolls via metal cation-π interaction. SCIENCE CHINA Materials, https://doi.org/10.1007/s40843-021-1917-1

信息来源：公众号【中国科学材料】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。