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中科院石墨烯氣凝膠結構調控研究取得進展

2018-12-25 11:50:35 作者：本網(wǎng)整理來源：中國科學院城市環(huán)境研究所分享至：

石墨烯是碳原子以sp2雜化方式構建的二維蜂窩狀納米片層，因其優(yōu)異的理化性能和超大的理論比表面積，在光電、催化、傳感器、環(huán)境修復等的領域都展現(xiàn)出良好的應用發(fā)展前景。石墨烯片層組裝構建的三維網(wǎng)絡結構氣凝膠，不但良好保持了片層的優(yōu)良特性，同時在環(huán)境修復應用中還便于回收和循環(huán)使用，是石墨烯應用的重要發(fā)展方向。

溶膠-凝膠法是制備石墨烯氣凝膠最常用的方法，但片層凝膠化組裝過程不可避免會發(fā)生片層的面對面堆垛，最終得到的氣凝膠比表面積小，結構較脆、易碎。目前雖有大量研究表明通過引入各式各樣修飾結構，可抑制片層的堆垛，增強氣凝膠的機械性能等，然而如何簡單地僅通過調控納米片層自身結構就能達到相同的目的卻很難實現(xiàn)。

中國科學院城市環(huán)境研究所納米環(huán)境功能材料研究組（付明來研究組）基于已有石墨烯研究基礎，通過調控納米片層上含氧結構的分布，破壞片層表面原本穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡，使納米片層能在簡單的水溶液中發(fā)生褶皺，實現(xiàn)片層的自我堆垛抑制，同時研究發(fā)現(xiàn)采用該片層構建的氣凝膠具有更優(yōu)異的機械彈性和疏水性。該氣凝膠對常見油類和有機溶劑的吸附容量可達154-325 g/g，相對于常規(guī)氣凝膠的吸附容量提高了224%-406%，可應用在水體中有機污染物的高效選擇去除。

該研究成果基于納米片層基礎結構，充分利用二維材料結構優(yōu)勢，優(yōu)化氣凝膠性能，更強調了結構基礎研究的重要性。相關論文“Tuning oxygen clusters on graphene oxide to synthesize graphene aerogels with crumpled nanosheets for effective removal of organic pollutants”發(fā)表在Carbon（Carbon 2019, 143, 897-907）上。

該研究得到國家自然科學基金、廈門市科技項目和中日合作項目的支持。