层层自组装、真空抽滤、刮涂、离心铸造、溶液超铺展等湿化学法组装策略，已经被广泛应用于组装氧化石墨烯（GO）、纳米黏土、二维金属碳/氮化物（MXene）等二维纳米材料。然而，由这些二维纳米片组装成的宏观复合薄膜的力学性能，却远低于二维纳米材料的本征力学性能。主要原因是湿化学组装法的毛细收缩过程破坏了宏观复合薄膜的微观结构，导致薄膜中纳米片取向度低，孔隙缺陷广泛分布，从而使得应力无法在纳米片间有效传递。虽然外力拉伸诱导取向策略，可以有效提升纳米片的取向度并降低孔隙率，但导致宏观复合薄膜力学性能的面内各向异性，因此组装具有优异面内各向同性力学性能的宏观复合薄膜仍面临巨大挑战。
近日，唐智勇研究员在《Angewandte Chemie》期刊上发表题为《Ultrastrong Graphene Sheets Assembled with Nanoconfined Water》的亮点评论文章，评述了北京航通航天大学程群峰教授团队和美国德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughman教授团队发表在《Science》上的文章《Water-induced Strong Isotropic MXene-bridged Graphene Sheets for Electrochemical Energy Storage》。
以具有相近尺寸的GO和MXene纳米片为原料，利用持续真空抽滤法对其进行组装。持续真空抽滤能够将水分子限制在纳米片层间，形成纳米限域水。和自由水不同，纳米限域水在室温下难以蒸发，能稳定存在于纳米片层间，因而有效避免了毛细收缩导致的纳米片取向度降低，维持纳米片的高取向度。所得的高取向MXene交联GO薄膜经过还原和界面交联后，制备了优异力学性能面内各向同性的MXene交联石墨烯（πBMG）薄膜，其拉伸强度高达1.87 GPa，孔隙率仅为3.87%。
文章指出该工作发展了纳米限域水辅助组装高取向、致密的二维纳米复合材料的新策略，纳米限域水的引入有效抑制了湿化学法组装过程中的毛细收缩，为其他二维纳米材料的有序组装提供了新思路，是二维纳米材料组装的里程碑。
论文信息
Ultrastrong Graphene Sheets Assembled with Nanoconfined Water
Zhiyong Tang
文章作者为唐智勇研究员
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202405964
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