近年来，基于石墨烯的二维材料因其独特的结构和优异的机械、电学、光学及热性能而备受关注。其中，氧化石墨烯（GO）纳米片因其超薄、超宽的尺寸及富含氧的表面而展现出广阔的应用前景。
氧化石墨烯的含氧官能团，如羧基和酸性羟基，带来了密集的负电荷，使其在水中保持良好的胶体稳定性。因此，这些纳米片成为下一代功能性软材料的重要基础。
尤其是，热响应氧化石墨烯纳米片因其在智能膜、可回收系统、水凝胶致动器及生物医学平台等领域的广泛应用而受到极大关注。然而，目前的合成策略通常需要通过热敏聚合物（如聚n-异丙基丙烯酰胺）来修饰氧化石墨烯纳米片的表面，这一过程复杂且在后续功能化中存在潜在限制。
为了解决这一问题，日本信州大学化学与材料系的助理教授佐野浩和近藤正马先生领导的研究团队最近提出了一种名为“反阳离子工程”的创新方法，旨在赋予氧化石墨烯纳米片所需的热响应能力。他们的研究成果已发表在《ACS应用材料与界面》杂志上。
Sano博士表示：“这项研究提供了一种简化且有效的途径，通过利用氧化石墨烯纳米片中固有的反阳离子（带正电的离子）来实现热响应性。对这些反作用力的控制为刺激响应纳米材料的工程提供了强有力的工具。”
在研究中，团队建立了一个强大的合成方案，通过在水中进行两步反应，合成具有特定对抗性的氧化石墨烯纳米片。首先，通过质子交换反应替代羧基和酸性羟基的对偶。随后，氢氧根阴离子与目标反阴离子进行酸碱反应，生成所需的氧化石墨烯纳米片。
对其热响应行为的系统研究表明，含有四丁基铵（Bu4N+）对偶物的氧化石墨烯纳米片在水环境中展现出固有的热响应特性，而无需任何热响应聚合物。
此外，研究人员还展示了一种可逆的溶胶-凝胶转变，表现出自组装和自组装过程。加热后，具有静电斥力（溶胶态）的层状氧化石墨烯纳米片重新组装，形成以范德华引力（凝胶态）为主的互连网络。
研究人员指出，这种显著的转变可以用于开发一种直接书写的墨水，以构建氧化石墨烯纳米片的三维可设计凝胶结构。
总体而言，这项研究的发现具有深远的意义。“具有定制对抗物的氧化石墨烯纳米片的受控合成为通用和简化的热敏材料开辟了一条新路径。热响应氧化石墨烯纳米片在生物医学、能源和环境应用中扮演着重要角色，如智能膜、软机器人、可回收系统、水凝胶驱动器和生物医学解决方案。”
“此外，利用氧化石墨烯纳米片分散体进行直接书写的能力为材料设计提供了新的维度，使得复杂的凝胶结构构建变得更加容易，”他总结道。
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