科学家开发石墨烯气凝胶颗粒，用于高效水净化

在《分子液体杂志》上，由国家石墨烯研究所（NGI）的Aravind Vijayaraghavan教授领导的团队利用涡旋环效应的变化，生产了由石墨烯制成的三维颗粒，具有许多有趣的形状。同样的效果用于产生烟圈，并负责保持蒲公英种子飞翔。这些颗粒也被证明在吸附水中的污染物方面非常有效，从而净化了它。

研究人员已经表明，这些石墨烯颗粒的形成是由粘度、表面张力、惯性和静电等不同力之间的复杂相互作用控制的。Vijayaraghavan教授说：“我们已经进行了一项系统的研究，以了解和解释颗粒形成中涉及的各种参数和力的影响。然后，通过定制这一过程，我们开发了非常有效的颗粒，用于吸附净化水中的污染物。

氧化石墨烯（GO）是石墨烯的一种功能化形式，可在水中形成稳定的分散体，具有许多独特的性质，包括作为液晶。单个GO片薄一个原子，与人类头发的厚度一样宽。然而，为了有用，它们需要组装成复杂的三维形状，以保持其高表面积和表面化学性质。GO的这种多孔三维组件称为气凝胶，当充满水时，它们称为水凝胶。

LGO特定形状的GO-VR相图。（a） GO-VR制造装置的示意图。（b） GO液滴穿透CTAB溶液并形成涡环的高速摄影图像。（c） GO-VR甜甜圈、球形和水母形态的光学和SEM图像。（d） 由LGO形成的GO-VR的形状相图（PD），其GO和CTAB浓度和冲击高度各不相同。PD1的固定冲击高度为1厘米，PD2的GO固定浓度为2毫克/毫升。PD3的CTAB固定浓度为4毫克/毫升。

研究人员使用第二种称为CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）的液晶材料将GO薄片聚集成氧化石墨烯水凝胶的小颗粒，而无需将它们还原为石墨烯。这是通过将GO分散体以小液滴的形式滴入水中CTAB溶液来实现的。

当GO液滴撞击CTAB溶液表面时，它们的行为与热烟射到冷空气时的行为非常相似。GO液滴以环形或环形线圈的形式流入CTAB溶液，因为两种液体的密度和表面张力不同。

与LGO形成GO-VR。（a） -（d）LGO在不同条件下形成的GO-VR微粒撞击阶段的高速图像。从左至右，地层参数为：1 cm，0.2 mg/mL CTAB中的2 mg/mL GO；在4 mg/mL CTAB中加入1 cm、2 mg/mL GO；15 mg/mL CTAB中的1 cm、4 mg/mL GO和4 mg/mL CTAA中的5 cm、2 mg/mL GO。（e） We’的动态相图与LGO的Re绘制。（f） 碰撞阶段不同条件下GO液滴形成的示意图。（g） 和（h）分别针对LGO的Re和We绘制的Oh’的动态相图。

LGO特定形状的GO-VR相图。（a） GO-VR制造装置的示意图。（b） GO液滴穿透CTAB溶液并形成涡环的高速摄影图像。（c） GO-VR甜甜圈、球形和水母形态的光学和SEM图像。（d） 由LGO形成的GO-VR的形状相图（PD），其GO和CTAB浓度和冲击高度各不相同。PD1的固定冲击高度为1厘米，PD2的GO固定浓度为2毫克/毫升。PD3的CTAB固定浓度为4毫克/毫升。

研究人员使用第二种称为CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）的液晶材料将GO薄片聚集成氧化石墨烯水凝胶的小颗粒，而无需将它们还原为石墨烯。这是通过将GO分散体以小液滴的形式滴入水中CTAB溶液来实现的。

当GO液滴撞击CTAB溶液表面时，它们的行为与热烟射到冷空气时的行为非常相似。GO液滴以环形或环形线圈的形式流入CTAB溶液，因为两种液体的密度和表面张力不同，所以与LGO形成GO-VR。

（a） -（d）LGO在不同条件下形成的GO-VR微粒撞击阶段的高速图像。从左至右，地层参数为：1 cm，0.2 mg/mL CTAB中的2 mg/mL GO；在4 mg/mL CTAB中加入1 cm、2 mg/mL GO；15 mg/mL CTAB中的1 cm、4 mg/mL GO和4 mg/mL CTAA中的5 cm、2 mg/mL GO。（e） We’的动态相图与LGO的Re绘制。（f） 碰撞阶段不同条件下GO液滴形成的示意图。（g） 和（h）分别针对LGO的Re和We绘制的Oh’的动态相图。

GO VR休息阶段的图像。注意，t=0对应于静止阶段的开始。（a） LGO形成的GO VRs的静止阶段，具有与图2a-2d中的样品相对应的不同形态。（b） 由MGO和SGO形成的GO VRs的静止阶段，具有与图中的样品相对应的不同形态。

通过控制这一过程的各种参数，研究人员产生了球体（球）、环形线圈（甜甜圈）和类似水母的中间形状的颗粒。最近毕业的博士生、本文的主要作者邵一珍博士说：“我们已经开发了一个通用相图，用于形成这些形状，基于四个无量纲数 - 韦伯数，雷诺数，Onhesorge数和韦伯数，分别代表惯性，粘性，表面张力和静电力。这可用于通过改变地层参数来精确控制颗粒形态。研究人员使用高速摄影来捕捉这些颗粒形状的形成和演变 -如图所示。

作者强调了这些颗粒在水净化中的重要性。该论文的合著者、博士生Kaiwen Nie说：“我们可以调整这些颗粒中石墨烯薄片的表面化学性质，以从水中提取带正电荷或负电荷的污染物。我们甚至可以通过适当地功能化石墨烯表面来提取不带电的污染物或重金属离子。

审核编辑 ：李倩