詹东平课题组JACS：光电协同约束自由基加成反应可控制备高性能氧化石墨烯

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詹东平教授课题组提出光电协同约束自由基加成反应的策略，在高性能氧化石墨烯可控电解制备研究中取得重要进展，相关成果以“Photosynergetic Electrochemical Synthesis of Graphene Oxide”发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6516-6520)。
        氧化石墨烯（GO）是富含羟基、羰基和羧基等官能团的功能化二维材料，在很多溶剂中均具有良好的分散性。GO不仅可以通过共价键进一步功能化，而且可以通过静电作用、范德华力和氢键进行组装，在能源和环境领域颇具应用前景。采用Hummers方法，即由石墨与强氧化剂（MnO4-、FeO42-、H2O2等）在强酸环境中（浓H2SO4、HNO3等）中反应制备的GO，记作CGO，其尺寸、层数和结晶度很难控制。此外，必须使用大量的水来去除有害的残留化学物质并获得清洁的CGO。电化学剥落石墨制备GO（记作EGO）工艺简便，绿色环保，但氧化程度偏低且不可控。

       针对电化学剥离石墨过程中生成的羟基自由基（OH•）寿命短、不足以调控EGO氧化度的问题，研究团队提出了一种光电协同的约束自由基加成反应策略，即以草酸根（OA-）为插层离子和共反应剂，通过OA-和OH•的系列化学转化过程，将OH•约束在石墨-石墨烯/溶液界面并实现其再生，，有效地提高了OH•的界面浓度，使电解石墨烯和OH•之间的自由基加成反应得以充分进行；同时，由于草酸自由基具有光活性，光电协同大幅提高了OH•的再生效率，所制备EGO氧化度可控，层数少，尺寸大。红外光谱数据显示该EGO富含羟基和环氧基，而羰基和羧基的谱峰极其微弱，表明其晶体结构非常完整。
       所制备的EGO具有很好的自组装和共组装性能。以苯胺分子为共组装剂，通过π-π堆叠作用制备的苯胺/EGO共组装膜，构筑水分子输运的“氢键”通道，提高水分子的通量。同时，苯胺/EGO共组装膜内的层间局域高离子强度环境，大大提高了离子截留率，在海水淡化和水净化方面具有广阔的应用前景。
       该工作是詹东平教授和李剑锋教授、张秋根副教授以及航空航天学院韩联欢助理教授合作完成，实现了电解制备石墨烯的同步功能化，并提高了EGO自组装性能。论文第一作者为我院博士生陈杜宏，硕士生林震、博士后Matthew Sartin、博士生刘佳等参与了研究。该研究工作得到国家自然科学基金（项目批准号：21827802、21621091、21573054）的资助。
      论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02158


      文章来源：厦门大学
      詹东平，厦门大学教授。1972年11月生于湖北枝江，1993年6月加入中国共产党。1994年7月获得哈尔滨工程大学工学学士学位（电化学工程），2002年12月获得武汉大学理学博士学位（物理化学、电化学），师从吴秉亮教授。厦门大学化学化工学院化学系固体表面物理化学国家重点实验室教授、博士生导师，厦门大学化学化工学院化学系，电化学研究所所长。2011年，获福建省杰出青年基金；2012年，获教育部新世纪优秀人才。多次应邀做国际国内会议主题报告、邀请报告和知名研究机构荣誉报告，发表学术论文67篇，获授权专利10项。