氧化石墨烯是2D材料中的后起之秀，但是它與液態(tài)水的相互作用仍然是一個(gè)根本性的開(kāi)放性問(wèn)題：在原子尺度上的實(shí)驗(yàn)表征很困難，并且傳統(tǒng)方法的建模無(wú)法正確描述化學(xué)反應(yīng)性。在這里，我們通過(guò)對(duì)液態(tài)水中氧化石墨烯(GO)進(jìn)行了第一原理分子模擬，彌合了簡(jiǎn)單計(jì)算模型與復(fù)雜實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)之間的鴻溝。我們構(gòu)建了化學(xué)上精確的GO模型，并研究了它們?cè)谒械男袨?，結(jié)果表明含氧官能團(tuán)（羥基和環(huán)氧化物）優(yōu)先聚集在氧化石墨烯層上。我們證明了GO在水中的特殊性質(zhì)，即親水性和快速水動(dòng)力學(xué)的不尋常結(jié)合。最后，我們證明GO在水中具有化學(xué)活性，其平均負(fù)電荷約為10mCm
−2。從頭開(kāi)始的建模凸顯了GO結(jié)構(gòu)作為海水淡化和水凈化在創(chuàng)新膜應(yīng)用領(lǐng)域的獨(dú)特性。
Fig. 1研究氧化石墨烯的模型。
Fig. 2 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。
Fig. 3 快照來(lái)自分子動(dòng)力學(xué)模擬。
Fig. 4 氧化石墨烯的自發(fā)脫水。
Fig. 5 液態(tài)水中氧化石墨烯的動(dòng)力學(xué)。
相關(guān)研究成果于2020年由法國(guó)高等師范學(xué)院Marie-Laure Bocquet課題組，發(fā)表在Nature Communications(https://doi.org/10.1038/s41467-020-15381-y)上。原文：Structure and chemistry of graphene oxide in liquid water from first principles
