近日，中国化学会旗舰期刊CCS Chemistry以题为“Regioregular and Nondestructive Graphene Functionalization for High-Performance Electrochromic and Supercapacitive Devices”在线刊发了课题组赵福刚老师关于石墨烯无损和规整功能化及其电学器件应用研究。长久以来，石墨烯的功能化绝大多数都是采用氧化石墨烯为前驱体，然而由于其制备过程中涉及剧烈的氧化反应，导致石墨烯晶格产生许多缺陷，进而影响其电学性能。另一方面，如何控制目标功能基团在石墨烯表面上的有序分布也是石墨烯功能化领域中的一大难题。为此，该研究小组构想以天然石墨为原料，采用高活性金属钾对其还原，使石墨烯表面带有大量的负电荷，由于负电荷之间的互斥作用，这些负电荷有可能十分规整地分布于石墨烯的表面，最后采用亲电型功能试剂进攻石墨烯表面上的负电荷，那么功能基团有望规整有序地分布于石墨烯的表面。实验上，该研究小组控制天然石墨与金属钾的比例，合成了黄铜色的K⁺C₈^—-型钾插层石墨中间体，随后将其与溴分子反应，得到了分子式为C₂₄-Br的溴化石墨烯产物。理论计算结果表明，该反应生成C₂₄-Br型产物能量上更为有利，而生成理想的C₈-Br型产物能量上是不利的。电学性质研究表明，C₂₄-Br溴化石墨烯产物的电导率可达7.78×10⁴ S m^-1，远远高于由氧化石墨烯前体制备的溴化石墨烯产物，充分说明了石墨烯晶格在还原过程中几乎没有被破坏，在电化学电致变色和全固态超级电容器器件中都表现出优异的性能。

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该论文的第一作者为2017级化学工程硕士生胡程敏同学，赵福刚老师、化学系的赵彦英教授以及中国科学院上海有机化学研究所的李维实研究员为本论文的通讯作者，其中赵彦英教授为论文中的机理研究进行了理论计算，李维实研究员为材料表征提供了帮助。

该工作得到了国家自然科学基金（21504080）、浙江省自然科学基金（LQ15B040003）和浙江理工大学青年创新专项的大力资助。（二0二0年八月）

论文链接： https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000299