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 石墨烯基材料憑借其自身的優異特性，可以明顯的提升水泥基材料的力學性能、耐久性能及導電性能。

然而，由于石墨烯具有較大的范德華力和π−π堆疊作用，導致其難以均勻分散在水相中并極易發生團聚。氧化石墨烯（GO）作為石墨烯的衍生物之一，由于其優異的親水性在納米工程應用中被廣泛研究。然而GO表面的羧基基團極易與水泥水化介質中的Ca2+/水化產物發生配位絡合作用，從而導致GO在高鈣高堿性的水泥漿環境中發生嚴重聚集現象，以致于GO不能均勻分散在水泥基體中，且交聯形成的配合物對水泥基材料的流動性能產生嚴重的負面影響，故極大的限制了GO對水泥基材料的增強有效性并嚴重阻礙其在實際工程中的應用。目前大部分研究集中于采用物理或化學技術來改善GO 在水泥孔溶液中的分散性，但現有技術中都無法完全避免 GO 納米片的羧基與水泥水化釋放的 Ca2+ 之間的配位絡合作用，即GO在高鈣高堿性的水泥漿環境中仍存在或多或少的聚集現象，從而無法充分發揮其對水泥復合材料的增強作用。從這個角度來看，一種新的、簡便的方法來高效地將石墨烯基材料分散在水泥漿中極其緊迫。

由于羧基對于GO在水泥孔溶液的聚集行為起決定性作用，針對這一機理出發，重慶交通大學袁小亞教授團隊在保證石墨烯親水性的前提下，將熱還原氧化石墨烯（TRGO）與氫氧化鉀通過球磨的方式，在TRGO片層邊緣及面內嫁接羥基這種親水性官能團，制得一種無羧基基團的水溶性羥基化石墨烯（HO-G）。一系列關于HO-G的結構表征及其分別在水相、氯化鈣溶液和模擬水泥漿環境的高鈣高堿性的飽和氫氧化鈣（CH）溶液中的膠體穩定性研究結構表明了該HO-G即保持了石墨烯的優良結構特性，又具有優異的親水性和長期儲存穩定性，且相比于GO，HO-G可有效的避免GO中的羧基與水泥漿體中鈣離子發生絡合作用而團聚的問題，故在高鈣高堿性溶液中具有更加優異的分散穩定性。此外，通過進一步研究HO-G對水泥砂漿工作性能、力學性能及抗氯離子滲透性能的影響，發現該HO-G能明顯提升水泥砂漿中力強度能及抗氯離子滲透性能，且保證了水泥膠砂良好的流動性能。此外，作為石墨烯類納米增強劑，由于HO-G在水泥基體中的均勻分散，從而充分發揮其微觀調控作用，故當達到同等增強效果時，HO-G 所需摻量比GO更少，從而起到“低摻量、高性能”的效果。

圖1. HO-G合成過程示意圖及一系列結構表征圖。

圖2. (a) HO-G在水相中靜置不同時間后的分散狀態；(b) HO-G、GO在飽和CH溶液中的分散聚集行為及吸光度測試結果；

(c)聚羧酸減水劑（PCE）存在條件下，PCE@HO-G、PCE@GO在飽和CH溶液中的分散聚集行為及吸光度測試結果。

圖3. 不同摻量HO-G、GO對水泥砂漿流動性能，力學性能

及抗氯離子滲透性能的影響。

圖4. HO-G摻配水泥基材料微觀結構表征及結合水測試結果。

研究團隊通過“去羧基、加羥基”的設想，制得HO-G既保證了石墨烯優異親水性，又避免羧基與水泥水化介質中Ca2+化學交聯問題，并成功的克服石墨烯基材料在水泥基復合材料中的均勻分散性問題及對其流動性產生的負面影響，從而進一步提升石墨烯納米片的增強有效性。該HO-G不僅豐富了石墨烯衍生物家族，還為開發納米工程水泥復合材料提供了一種新的解決方案。該工作以“Hydroxylated Graphene: A Promising Reinforcing Nanofiller for Nanoengineered Cement Composites”為題發表在ACS Omega期刊上（https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03844）。