研究发现氧化石墨烯新结构和特性

本文转自中科院之声，文章来源中国科学院合肥物质科学研究院

中国科学院合肥物质科学研究院智能所张忠平研究员领衔的研究团队首次发现，用经典方法制备的氧化石墨烯在其π网络平面上存在大量π共轭的碳自由基，并且这种π共轭的碳自由基可以直接引发鲁米诺长时间可见的超强化学发光，其发光强度超过辣根过氧化酶和双氧水经典体系。
相关研究结果近日发表在国际著名化学期刊《德国应用化学》(Angew. Chem.Int.Ed)上。
氧化石墨烯作为片状剥离的石墨氧化衍生物已经被广泛的应用于各个领域，但是它的化学结构和组成至今仍然没有能够被完全理解清楚，已有的多种结构模型也无法解释近来报道的有关氧化石墨烯的一些物理和化学行为。

在前期合成出荧光氧化石墨烯材料及其纸质传感器的基础上，智能所研究人员仔细探索了氧化石墨烯的合成反应，发现用经典方法制备的新鲜氧化石墨烯在其π网络平面上能产生大量的π共轭的碳自由基。电子顺磁共振光谱清楚地证明，由双氧水产生的具有高度活性的羟基自由基与氧化石墨烯上的共轭双键发生加成反应生成碳自由基，其密度达到2.18毫摩尔/克，并且在4摄氏度条件下能够稳定存在3天。这种共轭的碳自由基在不需要添加任何氧化剂的条件下可以直接引发鲁米诺长时间可见的超强化学发光，比辣根过氧化酶和双氧水经典催化化学发光体系引发的鲁米诺的化学发光更强。

与以往的广泛报道不同的是，该发现认为，氧化石墨烯并非是有效的化学发光淬灭剂。同时，科研人员还发现，通过对反应过后的氧化石墨烯进行再次氧化处理，可使碳自由基再生，从而循环引发化学发光。

该研究结果对氧化石墨烯的结构、特性和应用提供了一个新的理解，进一步拓宽了氧化石墨烯潜在应用价值。《德国应用化学》编辑认为这是一项非常有趣的工作，评审人认为此研究结果提供了新视野和角度去理解氧化石墨烯的化学结构和组成，并揭示其氧化有机分子的能力来源。