上海光源SAXS线站用户在氧化石墨烯研究中取得重要进展

石墨烯是一种新型二维纳米材料，它独特的性质决定其在电子、材料等领域有着广泛的应用。由于石墨烯之间较强的π-π相互作用，石墨烯在有机溶剂及水中只有有限的分散性，因此采用液态组装的方法大量制备石墨烯基材料有一定的局限性。通过化学氧化，氧化石墨烯在极性溶剂及水中有着良好的分散性，它也逐渐成为石墨烯最重要的前驱体。氧化石墨烯同时具有良好的溶解性及大的宽厚比，从基础的溶致液晶理论推论，氧化石墨烯在分散液中会自发形成溶致液晶。如果这一推论被证实，氧化石墨烯的液晶组装行为对于制备有序石墨烯材料将有着重大的意义。

浙江大学高超教授研究组在上海光源SAXS线站工作人员的紧密配合下开展了一系列的针对氧化石墨烯液晶的小角X射线散射研究，利用SAXS技术成功研究了氧化石墨烯液晶相的结构变化。实验结果表明，具有二维拓扑结构的单层氧化石墨烯在一定的浓度范围内会自发形成向列相液晶。氧化石墨烯在水中呈单层分散，而且在液态中也保持着固态的二维层状结构。随着氧化石墨烯浓度的增加，溶液会逐渐由无序态转变为有序向列相，同时该向列相中也存在层状结构。相关实验结果已发表在纳米材料学科顶级期刊ACS Nano (ACS Nano, 2011,5 (4), pp 2908-2915)上。该项研究不但丰富了对二维胶体液晶理论的认识，而且对制备石墨烯有序组装结构及石墨烯复合材料有着更为重要的意义。

A为依次增加浓度的氧化石墨烯溶液的二维SAXS图，箭头所指的散射弧为层状结构的散射信号。B为从SAXS散射图所积分得到的散射曲线，箭头所指的峰信号为散射弧的积分信号。 C和D分别是氧化石墨烯无序相及向列相结构模型。