Nanoscale文献导读：氧化石墨烯纳米卷的制备和形貌调控

低维碳纳米材料优良的热机械性能和电学性能，使其成为了新一代轻型导电高强度结构材料的候选人。但是大规模的从低维碳材料合成宏观结构存在很多困难，高成本也限制了其应用。

哈佛大学和麻省理工学院研究人员通过低高频超声溶液处理技术合成出尺寸可调的氧化石墨烯纳米卷（GONS）。GONS可以看作是氧化石墨烯片卷成螺旋缠绕结构，与碳纳米管形貌相似，但是内表面更易接触。超声处理提供形成氧化石墨烯卷所需要的卷动活化能从而引发卷动过程。观察发现氧化石墨烯（GO）和氧化石墨烯纳米卷尺寸与超声频率、功率密度和照射时间成函数关系。超声处理增强了氧化石墨烯和氧化石墨烯纳米卷上C-C键的强度，可能是由于空泡的泡水界面上发生了原位热还原反应。氧化石墨烯的面积和氧化石墨烯纳米卷的长度有两种机制控制：快速氧缺陷位点分裂和缓慢空化介导的断裂。

这项工作为GONS在吸附和电容过程的应用铺平了道路。

图文导读：

图一 GO和GONS的结构和制备方法

图 1a 氧化石墨烯薄片化学结构示意图显示了氧官能团的排列和氧化石墨烯纳米卷横截面形态。

图 1b 从石墨烯片到单层石墨烯再到石墨烯纳米卷的制备过程总结；低频和高频处理的差异。

图二 氧化石墨烯的形貌和表面化学

图 2a GO在硅片上的扫描电镜图

图 2b GO片的原子力显微镜和线扫描图

图 2c GO片的X射线光能谱图

图三 GONS的形貌和缺陷密度

图 3a SEM图中圆锥形以及管状GONS各自窄和宽部位直径的表征

图 3b GO和GONS的D带和G带拉曼光谱

图 3c 部分卷曲氧化石墨烯的SEM和G带强度处空间整合，显示卷曲区域相较于平面区域具有更强的强度

图四 超声频率和照射时间对GO和GONS尺寸的影响

图 4a 热功率10W下，低频和高频处理时,氧化石墨烯面积A_GO相对照射时间的函数图

图4b 热功率10W下,低频和高频处理时,GONS长度相对于照射时间的函数图，拟合线依据方程（1）和（2）绘出

图五 超声波功率和频率对GO面积和GONS长度的影响

图5a,,分别表示照射功率为1W、10W、100W，超声功率和频率GO面积相对时间的函数图

图5b GONS长度相对时间的函数图；灰色阴影部分代表来自图4的实验数据，拟合线基于方程（1）和（2）

文献链接：Fabrication and morphology tuning of graphene oxide nanoscrolls

本文献由编辑部朱星烨编辑

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