通过实验表征和第一性原理计算，考虑官能团、碳纳米管（CNT）的手性和CNT与氧化石墨烯（GO）的接触面积的影响，研究了CNTs与GO之间的相互作用。结果表明，氧化石墨烯可以有效地改善碳纳米管的分散性。氧化石墨烯浓度越高，碳纳米管的分散性越好。环氧基是官能团，Eint值高，其次是羟基。C p-O p 轨道之间的杂化形成离子键是增强CNT与环氧基团之间粘附力的主要相互作用。对于羟基和羧基，碳纳米管与官能团之间的相互作用归因于C-H共价键。GO对ac-CNT的分散作用比zz-CNT更明显。与官能团相比，氧化石墨烯与碳纳米管的接触面积对相互作用的影响更为显著。增加接触面积有利于改善碳纳米管与氧化石墨烯的相互作用。

图1. 不同浓度比例的CNTs/GO混合溶液的显微照片((a) CNTs/GO=1:0;(b) CNTs/GO = 1:1;(c) CNTs/GO = 1:5;(d)CNTs/GO = 1:10)。

图2. 不同浓度比例的CNTs/GO混合溶液的微观形貌((a) CNTs/GO=1:0;(b) CNTs/GO = 1:1;(c) CNTs/GO = 1:5;(d)CNTs/GO = 1:10)。

图3. 不同氧化度的GO的(a) XRD、(b) FTIR和(c)拉曼光谱。

图4. 不同氧化度的氧化石墨烯的C1s XPS光谱。

图5. CNTs和GO混合溶液的光学显微结构。(a) GO-1， (b) GO-2和(c) GO-3。

图6. 具有不同官能团的初始伪AB-型堆积结构。(a) ac-CNT/GO-COOH， (b) ac-CNT/GO-OH， (c) ac-CNT/GO-O 。

图7. CNT与GO交互前后的DOS。

图8. CNT手性不同时CNTs -GO复合物弛豫后的PDOS。(a)ac-CNT / GO-COOH, (b) ac-CNT /GO-OH,(c) ac-CNT /GO-O,(d) zz-CNT / GO-COOH (e) zz-CNT/GO-OH,(f) zz-CNT/GO-O。

图9. CNT与GO与不同官能团相互作用的电子密度差。(a)ac-CNT / GO-COOH, (b) ac-CNT /GO-OH,(c) ac-CNT /GO-O,(d) zz-CNT / GO-COOH (e) zz-CNT/GO-OH,(f) zz-CNT/GO-O。

图10. 不同曲率时ac-CNT与GO之间的初始伪AB-型堆积结构。(a) 0 nm-1,(b) 0.25 nm-1,(c) 0.37 nm-1。

图11. 不同曲率时ac-CNT与GO之间相互作用的电子密度差。(a) 0 nm-1,(b) 0.25 nm-1,(c) 0.37 nm-1。

相关研究成果由重庆大学航空航天学院Youzhi Gao等人于2022年发表在Surfaces and Interfaces (https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.101836)上。原文：Experimental and first-principles study of the interactions between graphene oxide and carbon nanotube。

文章来源：公众号【石墨烯研究】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。

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