【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
圖2 GNR-PEO在水相中的分散和超分子納米結構
(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
(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
(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。 |