ChemNanoMat：氧化石墨烯层间二维空间燃烧合成纳米材料

近年来，二维纳米材料因其优异的理化性质与巨大的应用潜力备受催化、能源、生物医学与光学传感以及分离分析等领域科研工作者的关注与青睐。二维纳米材料的合成技术主要包括“自上而下”与“自下而上”两种方法。前者主要涉及层状材料的化学或物理剥离，因此多依赖于特定的材料。而后者主要利用化学手段实现小分子有机物的二维层状生长，主要包含三种方法：气相沉积法、湿法化学合成法以及有机分子转化法。然而现有的这些方法依然面临高成本、低产率、操作复杂等问题，因此探索一种新型的简单、快速、高效的二维材料合成新策略具有重要的理论与现实意义。

最近，中国科学院兰州化学物理研究所手性分离与微纳分析课题组发现了一种基于燃烧法制备多孔石墨烯及其复合材料的方法（Advanced Functional Materials, 2018, 28, 1805026; Analytical Chemistry, 2019, 91, 5004-5010; Sensors and Actuators B: Chemical, 2019, 290, 15-22）。近日，该课题组在此研究基础上，又提出了一种在氧化石墨烯二维层状空间燃烧限域合成二维纳米材料的新策略。通过计算机模拟发现，在水溶液中金属阳离子、硝酸根离子与水分子可在氧化石墨烯的表面层状分布，其中硝酸根和水分子通过氢键作用形成类芳香环的结构紧贴于石墨烯表面，而金属阳离子则离氧化石墨烯较远，经快速过滤干燥该结构可保留在氧化石墨烯表面。通过透射电子显微镜、原子力显微镜以及X射线粉末衍射等表征手段，实验证实了硝酸盐在氧化石墨烯上下表面可自发形成多层层状水滑石。

氧化石墨烯/硝酸盐水滑石/氧化石墨烯三明治结构纳米复合物在燃烧时将发生两步反应。在温度达到350 oC左右时，位于两层氧化石墨烯二维层间的钴、镍和铬硝酸盐将快速分解为大量的小尺寸纳米颗粒（3-5 nm），当温度快速上升到500 oC时，这些纳米颗粒迅速熔合为金属氧化物纳米片，与此同时氧化石墨烯被焚烧去除，进而获得二维金属氧化物纳米片。与此类似，镉、铈和铕硝酸盐水滑石/氧化石墨烯夹层复合物，燃烧时依然首先热降解为小尺寸纳米颗粒，随后高温自组装为中空纳米球。对于较低熔点、不太活泼的金属如银、铅和铋，它们的硝酸盐氧化石墨烯夹层复合物燃烧后，将被还原为金属单质。具体来说，银熔融为中空的纳米线，而铅和铋一起则可熔融得到微米级的铅铋合金球。该工作首次利用石墨烯层间的二维空间限域生长出了二维纳米片，也为中空金属纳米颗粒、金属纳米线以及金属合金的制备提供了一种新思路和新技术。

论文信息：

Small‐Scale Nanoparticles Pyrolyzed from Layered Hydrotalcite between Graphene Interlayers as Intermediates for Self‐Assembly into Metal Oxide Nanosheets and Hollow Nanospheres

第一作者是谭洪鑫博士生，李湛副研究员和邱洪灯研究员为该文章的共同通讯作者。部分研究工作已申请相关专利。

ChemNanoMat

DOI: 10.1002/cnma.202000224

点击左下角 “ 阅读原文 ” ，可直达阅读该论文原文。

ChemNanoMat作为材料化学领域的期刊新秀，主要发表化学纳米材料领域的科研成果，刊发包括Full Papers, Communications, and Mini-Reviews。

我知道你在看哟！