六边形对石墨烯氧化物纳米结构的拓扑影响

石墨烯氧化物 (Graphene Oxide, GO) 尽管在制备石墨烯及其功能化方面具有实用价值，却始终是化学界的一个持久之谜。环氧基和三仲醇被视为主要功能基，但其结构构型、光谱及物理化学性质却鲜有解释。我们的图论扰动分析表明，在石墨烯上引入缺陷（sp3 碳）会诱导六边形结构，这些拓扑结构强制形成 1,4-吡善状通道。边缘缺陷可最小化这些结构，其传播被顶点反缺陷所中断。分子模型显示，环氧化导致两个覆堆端碳原子中心形成二电子配对体，因为其前沿轨道较接近。这驱动羟基的级联添加，形成环氧与羟基 1:2 的比例。这种纳米结构解释了离子交换、酸性、负电性以及破坏 σ 框架的拓扑条件。模拟得到的二维薄片光谱与实验结果良好吻合，突显了六边形拓扑在石墨烯表面化学中的主导作用。