大規(guī)模量產(chǎn)的氧化石墨烯，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過程中普遍存在變色現(xiàn)象，通常是因?yàn)槠鋵?duì)光的敏感，發(fā)生光還原、降解等，其結(jié)果嚴(yán)重影響氧化石墨烯的分散性能，最終導(dǎo)致“石墨烯并不好用”的誤解。最近團(tuán)隊(duì)通過研究，較深入、系統(tǒng)地揭示了這一過程。

近日，華僑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院中福建省石墨烯粉體及復(fù)合材料工程技術(shù)研究中心、廈門市高分子與電子功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳國(guó)華團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊Advanced Science發(fā)表了題為“Toward a New Understanding of Graphene Oxide Photolysis: The Role of Photoreduction in Degradation Pathway”的研究成果。博士生楊宇辰、鄭南之為該論文的第一作者，陳國(guó)華教授與陳文華副教授為通訊作者，華僑大學(xué)為獨(dú)立完成單位。

氧化石墨烯間接光降解過程

模擬陽(yáng)光照射下GO/H2O2體系的顏色與結(jié)構(gòu)變化。

研究者首先探索了GO在過氧化氫環(huán)境中的光降解過程，發(fā)現(xiàn)在該過程中，吸光度存在著非線性變化，同時(shí)對(duì)于GO結(jié)構(gòu)來(lái)說，呈現(xiàn)出在前期轉(zhuǎn)化為多孔結(jié)構(gòu)，隨后迅速轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米GO，結(jié)合拉曼、PL、AFM/TEM等表征，確認(rèn)在光降解前期同時(shí)存在著光還原的發(fā)生。

不同猝滅劑存在下GO光解的變化

為了探索光還原與光降解的影響，作者選用了不同的猝滅劑來(lái)捕獲活性物種。發(fā)現(xiàn)加入EDTA作為光還原中空穴捕獲劑后，整體降解過程無(wú)法持續(xù)進(jìn)行，片層保持完整，吸光度持續(xù)上升，而羥基自由基捕獲劑對(duì)整體過程沒有明顯抑制。并通過EPR驗(yàn)證了兩種捕獲劑對(duì)活性物種的有效捕獲。該結(jié)果證明光還原中空穴的產(chǎn)生主導(dǎo)著降解的過程。

不同結(jié)構(gòu)的GO在H2O2和黑暗環(huán)境中放置后變化

隨后，為了驗(yàn)證光還原引起的結(jié)構(gòu)變化是否作為決定因素，作者取原始GO、光還原多孔GO、以及空穴猝滅劑存在下光還原后的完整GO，將他們放置在過氧化氫溶液中并保持黑暗存放五天后，發(fā)先僅有多孔GO轉(zhuǎn)變?yōu)榱思{米GO。證實(shí)了光還原誘導(dǎo)GO產(chǎn)生的多孔結(jié)構(gòu)是降解的關(guān)鍵因素。

光降解中GO結(jié)構(gòu)變化過程

結(jié)論：本研究全面揭示了GO在光降解過程中的結(jié)構(gòu)變化過程，并將其分為兩個(gè)不同的階段。首先光誘導(dǎo)GO還原形成多孔還原GO，隨后在過氧化氫與羥基自由基的輔助下轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米GO與CO2。并且光還原中空穴誘導(dǎo)多孔結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生是發(fā)生破碎和降解的前提。這一結(jié)果對(duì)于提升GO的光穩(wěn)定性以及如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定的類石墨烯納米材料具有重要意義。

論文信息

Yuchen Yang, Nanzhi Zheng, Chen Ma, Silong Chen，Wenhua Chen*, Guohua Chen*. Toward a New Understanding of Graphene Oxide Photolysis: The Role of Photoreduction in Degradation Pathway.Adv. Sci.2025, 2414716.

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http://doi.org/10.1002/advs.202414716