石墨烯具有优异的电学、热学和机械力学性能，是实现聚丙烯（PP）高性能化和功能化的革命性材料。然而，石墨烯复杂的制备和改性过程和较差的分散性阻碍了高性能石墨烯/PP复合材料的工业化生产和应用。利用PP基体原位辅助剥离石墨烯能够极大地简化石墨烯/PP复合材料的制备流程，但是现有的技术方案无法实现在PP基体中石墨烯的高质量剥离。此外，剥离后的石墨烯和PP基体之间的界面相互较弱，进一步限制了复合材料的性能提升和实际应用。

基于此，复旦大学卢红斌课题组从界面优化的角度出发，提出了马来酸酐乳液（MAPP）辅助原位剥离低氧化度膨胀石墨（MOCEG）制备石墨烯/MAPP母粒的新策略。通过轻度氧化过程在化学膨胀石墨（CEG）表面引入适量的含氧官能团，进而与MAPP分子中的酸酐基团形成强烈的氢键相互作用。这一方面极大地促进了石墨烯的剥离效率和质量，另一方面有效地改善了石墨烯和基体之间的界面粘附性。进一步将石墨烯/MAPP母粒和PP颗粒熔融共混即可得到高性能的PP/MAPP/石墨烯复合材料（PP-M/MOG）。

本项工作研究要点：

1）马来酸酐接枝聚丙烯乳液辅助原位剥离低氧化度膨胀石墨制备MAPP/MOG母粒，进步通过简单的熔融共混制备了高性能的PP-M/MOG复合物。这种简单、环保、低成本、高通量的生产方法为工业级石墨烯/PP复合材料的开发和应用提供了新的思路。

2）实验结合理论计算证实了MOG和MAPP之间存在强烈的氢键和CH-π相互作用，这极大地促进了MOG的剥离质量，改善了MOG和基体的界面相容性。

3）复合材料的断面形貌和小角散射结果说明MOG具有优异的分散性，MOG和PP基体之间界面相互作用强。

以上成果以“Straightforward Strategy Toward In Situ Water-Phase Exfoliation and Improved Interfacial Adhesion to Fabricate High-Performance Polypropylene/Graphene Nanocomposites”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。论文第一作者为复旦大学高分子科学系2019级硕士生胡波。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c06185