日本信州大学先锐材料研究所的金子克美特别特任教授、大塚隼人特任助教等人组成的研究团队发表研究成果称，开发出一种通过吸收光谱法轻松判断出不稳定的氧化石墨烯（Graphene oxide，以下简称GO）状态的方法。利用这种方法，有望根据吸收光谱的位置判断材料的电导性、磁性以及结构等性质，从而选择并使用最适合的GO以满足不同的应用需求。相关研究成果已于2月24日发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。
图 在25℃～75℃温度范围内，GO胶体溶液随时间推移发生的变化（供图：信州大学）
通过还原GO制备的石墨烯是一种广泛应用于储能、电子器件等诸多尖端产业的先进材料，但随着时间的推移，GO的状态会发生变化，因此使用上还存在一些课题。
GO是通过石墨氧化制备而成的，以水溶液中分散的胶体颗粒形式存在。尽管石墨是漆黑有光泽的，但是制备后的GO胶体溶液最初呈明亮的黄褐色，随着时间推移会逐渐变黑。一般而言，化学状态的变化随着温度升高而加快。研究人员在室温下对25℃和75℃下GO的变化进行调查后发现，25℃时需要较长时间才能观察到的变化，在75℃时可以在较短时间内捕捉到。
为了定量捕捉这种颜色变化，研究团队测量了成熟GO在不同时长（0～168小时）的吸收光谱。结果发现，光谱吸收最强处显示了GO二维化学键态来源的框架结构信息。25℃时，表示结构变化的峰位置几乎不变，而在75℃时不仅峰值位置发生变化，其形状也发生了变化。
为此，研究人员通过假定结构变化不随温度而变，而是都会呈现相同变化，修正了这种外观上的差异。并将不依赖于温度到达的共同峰值位置的时间除以实际时间得到的换算时间导入了吸收光谱图。
结果显示，不同温度下的实验数据大致位于同一条曲线上，这表明GO的变化本质上是相同的。
通过对GO状态变化的调查，研究人员发现初期的氧化石墨烯会先后经历本征态氧化石墨烯（iGO）、亚稳定态氧化石墨烯（mGO）、转化为还原形式之前的瞬态氧化石墨烯（tGO）这三种状态。
此外，除了吸收光谱之外，iGO、mGO和tGO的磁性、电阻等性质也各不相同。
金子特别特任教授表示：“尽管多地已经发表了许多研究论文，但迄今为止尚未提供有关不稳定的氧化石墨烯处于哪种状态的信息。使用我们研究出的吸收光谱法，可以帮助研究人员和技术人员明确他们处理的氧化石墨烯处于哪种状态，对推动氧化石墨烯的社会应用和技术水平的进一步发展发挥积极作用。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communications
论文：Transient Chemical and Structural Changes in Graphene Oxide during Ripening
DOI：doi.org/10.1038/s41467-024-46083-4
