biwn必赢詹东平教授课题组提出光电协同约束自由基加成反应的策略，在高性能氧化石墨烯可控电解制备研究中取得重要进展，相关成果以“Photosynergetic Electrochemical Synthesis of Graphene Oxide”发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6516-6520)。
氧化石墨烯（GO）是富含羟基、羰基和羧基等官能团的功能化二维材料，在很多溶剂中均具有良好的分散性。GO不仅可以通过共价键进一步功能化，而且可以通过静电作用、范德华力和氢键进行组装，在能源和环境领域颇具应用前景。采用Hummers方法，即由石墨与强氧化剂（MnO4-、FeO42-、H2O2等）在强酸环境中（浓H2SO4、HNO3等）中反应制备的GO，记作CGO，其尺寸、层数和结晶度很难控制。此外，必须使用大量的水来去除有害的残留化学物质并获得清洁的CGO。电化学剥落石墨制备GO（记作EGO）工艺简便，绿色环保，但氧化程度偏低且不可控。
针对电化学剥离石墨过程中生成的羟基自由基（OH•）寿命短、不足以调控EGO氧化度的问题，研究团队提出了一种光电协同的约束自由基加成反应策略，即以草酸根（OA-）为插层离子和共反应剂，通过OA-和OH•的系列化学转化过程，将OH•约束在石墨-石墨烯/溶液界面并实现其再生，有效地提高了OH•的界面浓度，使电解石墨烯和OH•之间的自由基加成反应得以充分进行；同时，由于草酸自由基具有光活性，光电协同大幅提高了OH•的再生效率，所制备EGO氧化度可控，层数少，尺寸大。红外光谱数据显示该EGO富含羟基和环氧基，而羰基和羧基的谱峰极其微弱，表明其晶体结构非常完整。
所制备的EGO具有很好的自组装和共组装性能。以苯胺分子为共组装剂，通过π-π堆叠作用制备的苯胺/EGO共组装膜，构筑水分子输运的“氢键”通道，提高水分子的通量。同时，苯胺/EGO共组装膜内的层间局域高离子强度环境，大大提高了离子截留率，在海水淡化和水净化方面具有广阔的应用前景。
该工作是詹东平教授和李剑锋教授、张秋根副教授以及航空航天学院韩联欢助理教授合作完成，实现了电解制备石墨烯的同步功能化，并提高了EGO自组装性能。论文第一作者为biwn必赢博士生陈杜宏，硕士生林震、博士后Matthew Sartin、博士生刘佳等参与了研究。该研究工作得到国家自然科学基金（项目批准号：21827802、21621091、21573054）的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c02158
