大規(guī)模量產的氧化石墨烯，在儲存、運輸、使用過程中普遍存在變色現(xiàn)象，通常是因為其對光的敏感，發(fā)生光還原、降解等，其結果嚴重影響氧化石墨烯的分散性能，最終導致“石墨烯并不好用”的誤解。最近團隊通過研究，較深入、系統(tǒng)地揭示了這一過程。

近日，華僑大學材料科學與工程學院中福建省石墨烯粉體及復合材料工程技術研究中心、廈門市高分子與電子功能材料重點實驗室陳國華團隊在國際權威期刊Advanced Science發(fā)表了題為“Toward a New Understanding of Graphene Oxide Photolysis: The Role of Photoreduction in Degradation Pathway”的研究成果。博士生楊宇辰、鄭南之為該論文的第一作者，陳國華教授與陳文華副教授為通訊作者，華僑大學為獨立完成單位。

氧化石墨烯間接光降解過程

模擬陽光照射下GO/H2O2體系的顏色與結構變化。

研究者首先探索了GO在過氧化氫環(huán)境中的光降解過程，發(fā)現(xiàn)在該過程中，吸光度存在著非線性變化，同時對于GO結構來說，呈現(xiàn)出在前期轉化為多孔結構，隨后迅速轉變?yōu)榧{米GO，結合拉曼、PL、AFM/TEM等表征，確認在光降解前期同時存在著光還原的發(fā)生。

不同猝滅劑存在下GO光解的變化

為了探索光還原與光降解的影響，作者選用了不同的猝滅劑來捕獲活性物種。發(fā)現(xiàn)加入EDTA作為光還原中空穴捕獲劑后，整體降解過程無法持續(xù)進行，片層保持完整，吸光度持續(xù)上升，而羥基自由基捕獲劑對整體過程沒有明顯抑制。并通過EPR驗證了兩種捕獲劑對活性物種的有效捕獲。該結果證明光還原中空穴的產生主導著降解的過程。

不同結構的GO在H2O2和黑暗環(huán)境中放置后變化

隨后，為了驗證光還原引起的結構變化是否作為決定因素，作者取原始GO、光還原多孔GO、以及空穴猝滅劑存在下光還原后的完整GO，將他們放置在過氧化氫溶液中并保持黑暗存放五天后，發(fā)先僅有多孔GO轉變?yōu)榱思{米GO。證實了光還原誘導GO產生的多孔結構是降解的關鍵因素。

光降解中GO結構變化過程

結論：本研究全面揭示了GO在光降解過程中的結構變化過程，并將其分為兩個不同的階段。首先光誘導GO還原形成多孔還原GO，隨后在過氧化氫與羥基自由基的輔助下轉變?yōu)榧{米GO與CO2。并且光還原中空穴誘導多孔結構的產生是發(fā)生破碎和降解的前提。這一結果對于提升GO的光穩(wěn)定性以及如何設計穩(wěn)定的類石墨烯納米材料具有重要意義。

論文信息

Yuchen Yang, Nanzhi Zheng, Chen Ma, Silong Chen，Wenhua Chen*, Guohua Chen*. Toward a New Understanding of Graphene Oxide Photolysis: The Role of Photoreduction in Degradation Pathway.Adv. Sci.2025, 2414716.

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http://doi.org/10.1002/advs.202414716