Sano 博士解釋說：“這項研究引入了一種簡單而有效的途徑，通過利用 GO 納米片中固有的抗衡陽離子（帶正電的離子）來實現熱響應性。對這些抗衡陽離子的控制為工程刺激響應納米材料提供了強大的工具。”

基于石墨烯的二維材料由于其優異的結構、機械、電學、光學和熱性能，最近成為科學探索的焦點。其中，基于氧化石墨烯（GO）（石墨烯的氧化衍生物）的納米片具有超薄、超寬的尺寸和富氧的表面，非常有前途。含氧官能團，如羧基和酸性羥基，產生密集的負電荷，使GO納米片在水中膠體穩定。因此，它們是下一代功能性軟材料的重要組成部分。

特別是，熱響應性GO納米片因其廣泛的應用而受到廣泛關注，從智能膜和表面以及可回收系統到水凝膠執行器和生物醫學平臺。然而，產生熱響應行為的流行合成策略需要用熱響應聚合物（例如聚（N-異丙基丙烯酰胺））修飾 GO 納米片表面。這個過程很復雜，并且在后續的功能化工作中具有潛在的局限性。

為了應對這一挑戰，由日本信州大學化學與材料系助理教授 Koki Sano 和 Shoma Kondo 先生領導的研究人員最近提出了一種稱為“反陽離子工程”的創新方法，以賦予 GO 納米片本身所需的熱響應能力。他們的研究成果于 2023 年 7 月 24 日在線發布，并于 2023 年 8 月 9 日發表在《 ACS Applied Materials & Interfaces》雜志第 15 卷第 31 期上 。

Sano 博士解釋說：“這項研究引入了一種簡單而有效的途徑，通過利用 GO 納米片中固有的抗衡陽離子（帶正電的離子）來實現熱響應性。對這些抗衡陽離子的控制為工程刺激響應納米材料提供了強大的工具。”

在他們的研究中，研究人員建立了一個強大的合成方案，涉及在水中進行兩步反應，以合成具有特定抗衡陽離子的 GO 納米片。交換反應首先用質子取代羧基和酸性羥基的抗衡陽離子。隨后使用氫氧根陰離子與目標抗衡陰離子進行酸堿反應，產生理想的 GO 納米片。對它們的熱響應行為的系統研究表明，含有四丁基銨 (Bu 4 N + )抗衡陽離子的 GO 納米片在水性環境中表現出固有的熱響應性質，而不需要任何熱響應聚合物。

此外，研究人員還證明了以自組裝和拆卸過程為標志的可逆溶膠凝膠轉變。加熱后，層狀 Bu 4 N +基 GO 納米片之間具有靜電斥力（溶膠態），重新組裝形成由范德華引力（凝膠態）主導的互連網絡。事實上，可以利用這種顯著的轉變研究人員指出，他們的目標是開發一種直接書寫墨水，用于構建 GO 納米片的三維可設計凝膠結構。

總體而言，該研究的結果具有深遠的意義。“具有定制抗衡陽離子的 GO 納米片的受控合成揭示了一條通用且簡化的熱響應材料的途徑。熱響應 GO 納米片是生物 醫學、能源和環境應用的有希望的構建模塊，例如智能膜、軟機器人和可回收系統， 水凝膠執行器和生物醫學解決方案，” 佐野博士強調說。“此外，直接使用 GO 納米片分散體進行書寫的能力為材料設計提供了新的維度，可以輕松構建復雜的凝膠結構，” 他總結道。

看起來“反陽離子工程”可以打開新型刺激響應納米材料的大門，甚至開啟智能材料開發的新時代！

編輯：黃飛