生物医药领域石墨烯材料的新发现

  加氢可以调变石墨烯的导电能力以及半导体特性,通过加氢反应,氢原子加成到石墨烯单层碳原子结构上,高度导电的石墨烯材料将变成绝缘的石墨烷新材料。这为未来石墨烯衍生物的制备及其在生物医学领域的应用铺平了一条新道路。

  近日,来自瑞典乌普萨拉大学和阿斯利康哥德堡的研究人员报道了一种环境友好、 高效、 低成本石墨烯加氢新方法。仅需借助可见光辐射,只有单原子厚度的二维石墨烯材料在甲酸水溶液即可发生加氢反应(图一)。研究表明,反应中甲酸作为氢源(masked hydrogen),加氢石墨烯材料就被制备出来了。

  “这个反应非常简便、廉价,加氢的石墨烯未来可应用于诸如储氢领域等。另外,石墨烯官能化有利于打开石墨烯的另一个带隙,这在实际应用中远远超出了电子应用范畴”,瑞典乌普萨拉大学?ngstr?m实验室化学部Henrik Ottosson教授说道。石墨烯的研究不是Henrik Ottosson课题组的研究主项,该课题组主要研究芳香族化合物辐照反应。他们建立了一套“Baird”法则,应用于量子力学研究中。

  遵照“Baird”法则,Henrik Ottosson的课题组发展了新型光催化反应。他们首先研究了苯、萘与羟基硅烷的加成反应,并逐步扩大到多环芳香化合物的加成反应。从物质结构和有机合成的角度来看,石墨烯是由无数苯环聚合在一起组成的超级大分子物质。Henrik Ottosson课题组发现,即使应用其他法则无法解释石墨烯加氢反应原理,“Baird”法则照样可以解释石墨烯发生反应的机理。据此理论,他们成功找到了石墨烯发生加成反应高效的溶剂。采用甲酸水溶液,仅需借助可见光,石墨烯即可与甲酸高效地发生加氢反应。

  阿斯利康哥德堡创新药物和早期生物技术开发部门 Joakim Bergman补充道:“在药物研究计划中借助可见光开发新型的药物分子已经非常普遍,但是我们看到了石墨烯加氢未来巨大的应用潜力。目前对我们最大的挑战是如何开发更加有效、环境友好的化学方法制备新型的药物。我们最近在光化学中亮点就体现在此石墨烯加氢反应中,这将提升我们未来创新的机会,这在以前是无法想象的。另外,石墨烯基材料有很多内在的特性,这是未来我们可以应用的财富,将石墨烯材料应用于生物医药领域有可能导致下一代生物医学的革命”。

  这项研究是由乌普萨拉大学化学物理工程学院和埃格斯特朗实验室联合研发的,研究成果发表在国际顶尖期刊《Nature Communications》上。

摘自烯碳新材   2016.10.11