石墨烯是碳原子以sp2雜化方式構(gòu)建的二維蜂窩狀納米片層，因其優(yōu)異的理化性能和超大的理論比表面積，在光電、催化、傳感器、環(huán)境修復等的領域都展現(xiàn)出良好的應用發(fā)展前景。石墨烯片層組裝構(gòu)建的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)氣凝膠，不但良好保持了片層的優(yōu)良特性，同時在環(huán)境修復應用中還便于回收和循環(huán)使用，是石墨烯應用的重要發(fā)展方向。溶膠-凝膠法是制備石墨烯氣凝膠最常用的方法，但片層凝膠化組裝過程不可避免會發(fā)生片層的面對面堆垛，最終得到的氣凝膠比表面積小，結(jié)構(gòu)較脆、易碎。目前雖有大量研究表明通過引入各式各樣修飾結(jié)構(gòu)，可抑制片層的堆垛，增強氣凝膠的機械性能等，然而如何簡單地僅通過調(diào)控納米片層自身結(jié)構(gòu)就能達到相同的目的卻很難實現(xiàn)。
中國科學院城市環(huán)境研究所納米環(huán)境功能材料研究組（付明來研究組）基于已有石墨烯研究基礎，通過調(diào)控納米片層上含氧結(jié)構(gòu)的分布，破壞片層表面原本穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡，使納米片層能在簡單的水溶液中發(fā)生褶皺，實現(xiàn)片層的自我堆垛抑制，同時研究發(fā)現(xiàn)采用該片層構(gòu)建的氣凝膠具有更優(yōu)異的機械彈性和疏水性。該氣凝膠對常見油類和有機溶劑的吸附容量可達154-325 g/g，相對于常規(guī)氣凝膠的吸附容量提高了224%-406%，可應用在水體中有機污染物的高效選擇去除。
該研究成果基于納米片層基礎結(jié)構(gòu)，充分利用二維材料結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，優(yōu)化氣凝膠性能，更強調(diào)了結(jié)構(gòu)基礎研究的重要性。相關(guān)論文“Tuning oxygen clusters on graphene oxide to synthesize graphene aerogels with crumpled nanosheets for effective removal of organic pollutants”發(fā)表在Carbon（Carbon 2019, 143, 897-907）上。
該研究得到國家自然科學基金、廈門市科技項目和中日合作項目的支持。
圖：片層調(diào)控構(gòu)建氣凝膠過程示意及氣凝膠的優(yōu)異疏水性和彈性
