由上海大學(xué)完成的石墨烯微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其表面效應(yīng)研究項(xiàng)目聚焦于石墨烯及其衍生物微納結(jié)構(gòu)的制備、尺寸及表面特性的系統(tǒng)調(diào)控，拓展石墨烯材料的功能及其應(yīng)用領(lǐng)域，為新型石墨烯材料在光電器件、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境及能源技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該項(xiàng)目獲得了2018年國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)了膠態(tài)石墨烯量子點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及其新效應(yīng)，項(xiàng)目組聚焦于膠態(tài)石墨烯材料，特別是超小石墨烯量子點(diǎn)的橫向尺寸和官能團(tuán)調(diào)控新方法，發(fā)現(xiàn)由尺寸、缺陷和官能團(tuán)誘導(dǎo)的新效應(yīng)，并揭示其機(jī)理。

該項(xiàng)目主要的創(chuàng)新點(diǎn)包括：基于“解開拉鏈”的化學(xué)裁剪原理，首次制備了膠態(tài)熒光石墨烯量子點(diǎn)，促進(jìn)石墨烯量子點(diǎn)在膠體化學(xué)、光電子學(xué)和納米生物學(xué)等學(xué)科上的快速發(fā)展；首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯的藍(lán)色熒光，并揭示其缺陷發(fā)光機(jī)理；基于“分子融合”的化學(xué)合成原理，首次制備了單晶結(jié)構(gòu)的膠態(tài)石墨烯量子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了量子點(diǎn)的尺寸和邊位官能團(tuán)的系統(tǒng)調(diào)控以及近全色的熒光調(diào)控，揭示了帶邊激子態(tài)發(fā)光機(jī)制；發(fā)現(xiàn)膠態(tài)氧化石墨烯具有高的生物安全性，極高濃度下細(xì)胞毒性具有尺寸依賴性。

該項(xiàng)目還發(fā)現(xiàn)了石墨烯的層數(shù)和組分調(diào)控及其新效應(yīng)。項(xiàng)目組聚焦于石墨烯的層數(shù)、層間組分、面上和面內(nèi)組分的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)這些調(diào)控產(chǎn)生的光電、儲(chǔ)能和吸附效應(yīng)。在石墨烯的層數(shù)調(diào)控及其超快光子學(xué)效應(yīng)、石墨烯面內(nèi)缺陷調(diào)控及誘導(dǎo)的附加儲(chǔ)鋰效應(yīng)，以及面上對(duì)金屬離子的超高吸附及誘導(dǎo)的折疊效應(yīng)等方面有突出的創(chuàng)新。

此外，該項(xiàng)目還基于石墨烯建模發(fā)現(xiàn)了石墨烯生物效應(yīng)的分子機(jī)制。項(xiàng)目組針對(duì)單靠實(shí)驗(yàn)研究難以準(zhǔn)確揭示石墨烯表面活性分子機(jī)制的難題，發(fā)展了高效的分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，有效模擬了氧化石墨烯復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)及其形成機(jī)制。而且，他們建立的分子動(dòng)力學(xué)模型還重點(diǎn)模擬了石墨烯與生物體表界面n

存在的具有復(fù)雜動(dòng)態(tài)特征的時(shí)空效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)了納米石墨烯破壞細(xì)菌細(xì)胞膜屏障的一種新機(jī)制，揭示了納米石墨烯與細(xì)胞膜、水介質(zhì)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)三者之間存在著復(fù)雜動(dòng)態(tài)的表界面相互作用。

項(xiàng)目組在石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控制備與表面特性調(diào)控方面取得了一系列創(chuàng)新性成果，并受到國內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)同。項(xiàng)目成果在量子點(diǎn)科技、生物醫(yī)藥、能源環(huán)境等領(lǐng)域產(chǎn)生了重要的學(xué)術(shù)影響。8篇代表論文均入選ESI高被引論文，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在石墨烯量子點(diǎn)的可控制備及生物應(yīng)用方面獲得2015年上海市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，項(xiàng)目第一完成人還獲得2017石墨烯學(xué)術(shù)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。