华东理工贺晓鹏&上交麦亦勇 Angew. Chem. Int. Ed：水相中石墨烯纳米带的超分子纳米结构研究

【引言】

石墨烯纳米带(GNR) 由于其独特的光学，电子和磁学特性，引起了科研人员的广泛关注。在其众多的合成方法中，自下而上的液相合成法在在液相分散的GNR大规模生产中具有众多优点，例如明确的结构，可控的长度，宽度和边缘结构。尽管实现了液相可分散的GNRs，但由于缺少合适的接枝部分，难以克服GNR的p-p堆叠。因此，液相中GNR的研究受到阻碍，超分子自组装和有序超结构的应用需要进一步研究。最近有学者研究了GNRs接枝亲水柔性聚乙烯氧化物，为超分子自组装GNR的基础研究开辟了道路，并将结构定义GNR的研究扩展到水相基领域。

【成果简介】

近日，华东理工大学的贺晓鹏教授和上海交通大学的麦亦勇教授(通讯作者)等人在Angew. Chem. Int. Ed上发布了一篇关于s石墨烯纳米带的文章，题为“Supramolecular Nanostructures of Structurally Defined Graphene Nanoribbons in the Aqueous Phase”。作者通过液相合成法合成了GNR接枝亲水柔性聚乙烯氧化物(GNR-PEO), PEO接枝率为42-51％，在GNR浓度高达0.5 mg mL-1溶液中中具有优异的分散性。GNR-PEO的刷状结构在水相中导致了1D分层自组装行为，形成了超长纳米带或具有可调平均直径和间距的弹簧状螺旋结构。在水分散体中，超结构的光谱在近红外范围内吸收，说明光子能量转化为热能。

【图片导读】

图1 GNR-PEO的分子结构及其在水中可能的分层自组装机理图解

由于发生应力诱发的马氏体转变(SIM)，可以清楚地观察到滞后回线。3％应变后，马氏体α“相开始发生弹性变形，然后发生塑性变形。

图2 GNR-PEO在水相中的分散和超分子纳米结构

(a) 具有不同最大骨架浓度的GNR-PEO的水分散体；

(b) GNR-PEO分散体的浓度与PEO的分子量的关系图；

(c) GNR-PEO1000在THF和水中的UV/Vis光谱；

(d-f) 水中GNR-PEO的上层结构典型TEM图像。

图3 GNR-PEO的TEM和AFM图像

(a-b) 螺旋状结构的低倍放大TEM图像；

(c) 标有相应尺寸的弹簧状螺旋的高倍率TEM图像；

(d) 真实的弦结构；

(e) 非螺旋部分的高放大率TEM图像；

(f-g) 双链螺旋结构的AFM高度分布图；

(h) 非螺旋部分的AFM高度图像；

(i) 沿着白色虚线穿过条状结构的线轮廓。

图4 样品的热图像

(a) GNR-PEO水分散体和不同低维材料的温度随着时间而增加；

(b)GNR-PEO水分散体的热图像；

(c) 不同低维材料水分散体的热图像。

【小结】

作者合成了一系列结构良好的GNR接枝有不同长度的PEO线圈。GNR-PEO样品具有42-51％的接枝率，并根据PEO长度显示出高达0.5mg/mL的高浓度水分散性。GNR-PEO得益于独特的杆状线圈刷结构，具有明确而坚硬的骨架几何结构，在水中表现出一维分层自组装行为，根据PEO长度生成了可调节直径和间距的纳米带或弹簧状螺旋。水中的GNR-PEO超结构表现出优异的光热转化性能和高效率。这篇文章不仅为GNR自组装的基础研究开辟了道路，同时还将GNR研究扩展到广泛的水基领域如水凝胶或光热肿瘤治疗。

文献链接：Supramolecular Nanostructures of Structurally Defined GrapheneNanoribbons in the Aqueous Phase(Angew. Chem. Int. Ed, 22 February, 2018 , DOI: 10.1002/anie.201712637）

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