【CCL文章推荐】苏州大学戴礼兴教授：基于共价功能化石墨烯量子点的高性能和强荧光聚乙烯醇纤维

近期，苏州大学戴礼兴教授课题组在期刊Chin Chem Lett上发表了题为“Polyvinyl alcohol fiber with enhanced strength and modulus and intense cyan fluorescence based on covalently functionalized graphene quantum dots”（doi: 10.1016/j.cclet.2024.110510）的研究论文。该文首次提出以石墨烯量子点（GQDs）为增强材料，通过傅克烷基化反应使GQDs与聚乙烯醇（PVA）形成共价结合，更有效地发挥GQDs对PVA纤维的增强作用，同时GQDs使纤维呈强的青色荧光，从而成功制备了具有荧光功能的高性能PVA纤维。

高性能纤维已经成为支撑国家安全和科技进步的重要战略材料，但是高性能纤维由于品种少、工艺复杂、价格昂贵等因素其应用领域受到极大限制，而常规纤维的高性能化具有工艺简单和制造成本低的优势。PVA 纤维理论强度和模量高，通过优化纺丝凝固条件和提高拉伸倍数等手段已在一定程度上实现了纤维的高性能化，但与高性能聚乙烯纤维相比强度和模量仍有很大差距。近年来，研究人员引入包括一维碳纳米管和二维石墨烯在内的碳纳米材料对PVA纤维强度和模量的提高取得了显著效果。鉴于零维的GQDs具有更小的尺寸、量子限制效应和表面更多的活性位点等独特优势，可望对PVA纤维高性能化起到更大作用。另外高性能化与功能化的结合也是纤维发展的重要方向。

作者通过傅克烷基化反应，将PVA分子链接枝到GQDs表面，得到功能化的GQDs（f-GQDs），并采用湿法纺丝和后处理的工艺成功制备了PVA/f-GQDs复合纤维。当f-GQDs 含量为0.8%时，复合纤维力学性能最佳，其拉伸强度和杨氏模量分别达到1229.24 MPa和35.36 GPa，约为纯PVA纤维的2倍和4倍。接枝到GQD表面的PVA分子链有助于链之间的运动传递，因此受到拉伸应力时的链取向更有效，此外PVA与GQDs相连相当于增加链的长度并避免链间滑移，这些都有利于提高纤维力学性能。此外，该复合纤维具有强烈而均匀的青色荧光，同时在溶剂中长期浸泡后仍能保持稳定的固态荧光。纤维在黑暗环境中或水下时，在紫外照射下显示清晰，可以帮助在夜间或低能见度环境下操作，消除安全隐患，也方便回收废弃的纤维等。