ReaxFF Highlight:纳米纤维素−氧化石墨烯的生物杂化:先进显微镜技术与ReaxFF模拟揭示自组装和铜离子吸附(ACS Nano, 2018)

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文献资料:Chuantao Zhu, Susanna Monti, and Aji P. Mathew, Cellulose Nanofiber−Graphene Oxide Biohybrids: Disclosing the Self-Assembly and Copper-Ion Adsorption Using Advanced Microscopy and ReaxFF Simulations, ACS Nano 2018, 12, 7028−7038

纳米纤维素和氧化石墨烯自组装成高孔生物杂化材料,促进了多功能膜的设计和合成,以及水污染物治理。在纳米和分子尺度上,自组装、金属离子捕获和生物杂化形成团簇的机理是相当复杂的,它们的阐明需要从实验数据和计算模拟相结合得到证据。

本文通过原子力显微镜(AFM)对(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)介导的氧化纤维素纳米纤维(TOCNFs)、氧化石墨烯(GO)及其生物杂化膜的微拷贝研究,获得了强有力、直接的自组装证据;小的GO纳米粒子首先沿着单一的TOCNF纤维附着、积累,长、柔的TOCNF长丝缠绕在宽、平的GO平面上,从而形成一个无定形的多孔生物杂化网络。

利用先进的显微技术研究了Cu(Ⅱ)吸附前后TOCNFs和GO膜的自组装及其表面性质,并通过ReaxFF分子动力学(MD)模拟进一步阐明了TOCNFs和GO膜的层状结构。

MD模拟确认了TOCNF和GO膜在溶液中捕获Cu(Ⅱ)离子,以及干燥过程中离子团簇形成的动力学过程。这项多学科研究的结果,使这项研究向前迈进了一步,揭示了生物种属自组装行为的具体方面,并提出了有效的设计策略,为工业应用控制孔径大小和强健材料。