石墨烯在甘油/尿素剥离液中的稳定行为的分子动力学模拟研究

现有的实验方法很难实时观测到石墨烯在液相剥离溶剂中的结构演变, 尤其是石墨烯稳定的微观机理尚不明确. 本工作通过分子动力学方法, 模拟了多层石墨烯和U型石墨烯在不同的物质的量比下的甘油/尿素溶剂中的结构变化, 研究剥离液对石墨烯稳定性的影响. 结果表明, 多层石墨烯在不同溶剂体系中的稳定性差异不显著; 而U型石墨烯在各溶剂体系的稳定性有明显差异, 且稳定能力为: 纯甘油>甘油/尿素(2/1)>甘油/尿素(3/1)>甘油/尿素(1/1). 这说明石墨烯在剥离溶剂中的稳定性与石墨烯的剥离状态有关. 通过溶剂分布发现, 尿素能够进入石墨烯层间, 增加石墨烯层间距; 同时, 甘油能够与尿素形成氢键, 随尿素进入石墨烯层间, 进一步增大层间距, 从而形成稳定的单层或多层受限二元溶剂分子层. 受限溶剂分子层对剥离的石墨烯存在排斥作用, 从而为石墨烯在甘油/尿素二元剥离液中的长期稳定提供了保障.