華東理工賀曉鵬&上交麥亦勇 Angew. Chem. Int. Ed：水相中石墨烯納米帶的超分子納米結構研究

【引言】

石墨烯納米帶(GNR) 由于其獨特的光學，電子和磁學特性，引起了科研人員的廣泛關注。在其眾多的合成方法中，自下而上的液相合成法在在液相分散的GNR大規模生產中具有眾多優點，例如明確的結構，可控的長度，寬度和邊緣結構。盡管實現了液相可分散的GNRs，但由于缺少合適的接枝部分，難以克服GNR的p-p堆疊。因此，液相中GNR的研究受到阻礙，超分子自組裝和有序超結構的應用需要進一步研究。最近有學者研究了GNRs接枝親水柔性聚乙烯氧化物，為超分子自組裝GNR的基礎研究開辟了道路，并將結構定義GNR的研究擴展到水相基領域。

【成果簡介】

近日，華東理工大學的賀曉鵬教授和上海交通大學的麥亦勇教授(通訊作者)等人在Angew. Chem. Int. Ed上發布了一篇關于s石墨烯納米帶的文章，題為“Supramolecular Nanostructures of Structurally Defined Graphene Nanoribbons in the Aqueous Phase”。作者通過液相合成法合成了GNR接枝親水柔性聚乙烯氧化物(GNR-PEO), PEO接枝率為42-51％，在GNR濃度高達0.5 mg mL-1溶液中中具有優異的分散性。GNR-PEO的刷狀結構在水相中導致了1D分層自組裝行為，形成了超長納米帶或具有可調平均直徑和間距的彈簧狀螺旋結構。在水分散體中，超結構的光譜在近紅外范圍內吸收，說明光子能量轉化為熱能。

【圖片導讀】

圖1 GNR-PEO的分子結構及其在水中可能的分層自組裝機理圖解

由于發生應力誘發的馬氏體轉變(SIM)，可以清楚地觀察到滯后回線。3％應變后，馬氏體α“相開始發生彈性變形，然后發生塑性變形。

圖2 GNR-PEO在水相中的分散和超分子納米結構

(a) 具有不同最大骨架濃度的GNR-PEO的水分散體；

(b) GNR-PEO分散體的濃度與PEO的分子量的關系圖；

(c) GNR-PEO1000在THF和水中的UV/Vis光譜；

(d-f) 水中GNR-PEO的上層結構典型TEM圖像。

圖3 GNR-PEO的TEM和AFM圖像

(a-b) 螺旋狀結構的低倍放大TEM圖像；

(c) 標有相應尺寸的彈簧狀螺旋的高倍率TEM圖像；

(d) 真實的弦結構；

(e) 非螺旋部分的高放大率TEM圖像；

(f-g) 雙鏈螺旋結構的AFM高度分布圖；

(h) 非螺旋部分的AFM高度圖像；

(i) 沿著白色虛線穿過條狀結構的線輪廓。

圖4 樣品的熱圖像

(a) GNR-PEO水分散體和不同低維材料的溫度隨著時間而增加；

(b) GNR-PEO水分散體的熱圖像；

(c) 不同低維材料水分散體的熱圖像。

【小結】

作者合成了一系列結構良好的GNR接枝有不同長度的PEO線圈。GNR-PEO樣品具有42-51％的接枝率，并根據PEO長度顯示出高達0.5mg/mL的高濃度水分散性。GNR-PEO得益于獨特的桿狀線圈刷結構，具有明確而堅硬的骨架幾何結構，在水中表現出一維分層自組裝行為，根據PEO長度生成了可調節直徑和間距的納米帶或彈簧狀螺旋。水中的GNR-PEO超結構表現出優異的光熱轉化性能和高效率。這篇文章不僅為GNR自組裝的基礎研究開辟了道路，同時還將GNR研究擴展到廣泛的水基領域如水凝膠或光熱腫瘤治療。

文獻鏈接：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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