化学功能化在打开和调节石墨烯的能带隙、克服石墨烯片的自身凝聚以及拓展石墨烯的应用等方面发挥着重要作用。在方法学上，石墨烯的化学功能化通常是采用氧化石墨烯（GO）中的含氧官能团的化学反应而实现的。然而，由于在GO的制备过程中涉及到极其剧烈的氧化反应，从而使得GO中的碳骨架含有许多晶格缺陷甚至是纳米级孔洞，最终导致功能化石墨烯的电学性能大幅下降。为了克服这一难题，开发非GO体系的石墨烯功能化引起人们的关注。其中，商品化的氟化石墨因廉价、化学结构明确、碳晶格结构较为完整而成为十分有前景的GO替代材料。不过需要指出的是，由于氟化石墨中的C-F键键能大、稳定性高，通常使用一些高碱性的亲核试剂与C-F键反应以实现石墨烯的功能化。然而，在前期的一些报道以及我们最近的研究工作（J. Mater. Chem. A 2019, 7, 3353.; Adv. Mater. Interfaces 2019, 1801699.; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 24679.）中发现：当使用碱性较高的亲核试剂与氟化石墨反应时，其中绝大部分的C-F键发生的是还原消除反应，仅有少量的C-F键发生了预期的亲核取代反应。因此，采用氟化石墨为前驱体的石墨烯功能化方法通常功能化程度较低，难以满足实际应用。

近日，我们课题组设想是否能够通过降低亲核试剂的碱性以实现抑制C-F键的还原消除反应，提高氟化石墨功能化度的目的。为此，我们使用碱性很弱的氨水作为亲核试剂。通过反应条件的优化，最终我们实现了氨水和氟化石墨这一不同寻常的反应。要知道，氨水的亲核性很弱，而氟化石墨的C-F键很强、且F原子的离去能力也比较差，氨水对氟化石墨的亲核取代反应看起来是不大可能发生的。在水热反应产生的高温高压的环境中，我们首次发现氟化石墨中大多数的C-F键被氨基和羟基所取代，只有少部分的C-F键发生还原消除反应（从定量上看，取代/消除比高达1.62），从而实现了以氟化石墨为原料，制备高功能化度的石墨烯衍材料的目的。在实际应用方面，我们将高氨基/羟基共功能化石墨烯材料作为电极应用于全固态柔性超级电容器中。电化学测试结果表明，该材料具有优异的储能性能，在柔性可穿戴的电子设备中具有较大的应用前景。此外我们还发现，该材料中的氨基/羟基保持较高的活性，为石墨烯的后功能化提供了便利。

该论文以“Basicity-Engineered Graphite Fluoride Functionalization and Beyond: An Unusual Reaction between Ultraweak Nucleophile and Ultrastrong C-F Bonds”为题于2019年9月27号发表在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（IF=15.621）上。该工作的第一作者为2018级化学工程硕士生潘炳弋戈同学，通讯作者为赵福刚老师。该工作得到国家自然科学基金（No. 21504080）和浙江省自然科学基金（No. LQ15B040003）的大力资助。（二0一九年十月）

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论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.201906076