基于π-π/H-键协同作用制备含芘小分子增强高韧性石墨烯纸

轻质高强且具备高韧性的石墨烯组装材料在抗冲击防护领域有着潜在的应用价值.在这项工作中,我们通过在还原氧化石墨烯层间界面交联1-氨基芘AP和1-芘丁酸PB共轭小分子,可以获得具有高导电、高韧性的超强复合石墨烯纸(AP/PB-GPs).结果表明,超过10μm厚度的复合石墨烯纸具有超高的平均韧性(~69.67±15.3 MJ m^-3),同时抗拉伸强度接近1 GPa;尤其在抗冲击性能方面,在高速弹道冲击速度下,仍然可以获得优异的比穿透能量吸收值(~0.17 MJ kg^-1).详细的界面和结构分析表明,界面增强是由相邻石墨烯层间与共轭分子之间的π-π相互作用和氢键连接共同决定的.尤其是石墨烯纳米片内的孔洞及边缘缺陷更有利于共轭小分子充分的吸附,这必然会使界面结合最大化,在连续高的加载应力下能够有效促进裂纹的偏转和塑性变形.密度泛函理论(DFT)模拟表明,石墨烯纳米片边缘的–COOH极性官能团与AP/PB分子表面的–NH₂、–COOH之间的耦合对氢键网络的形成起着关键作用.