【材料】新加坡国立大学先进二维材料研究中心报道了刺激响应性二维电解质
癌症已成为威胁人类健康的“头号杀手”。在常规治疗手段下，治疗癌症的药物进入体内后，大部分被肝脏、肾脏代谢而引发毒副损伤，极少量药物进入肿瘤。使用智能材料将药物精确递送到体内的特定目标，可以发挥出药物的最佳效果且不伤害健康细胞。在过去15年中，二维材料获得了快速的发展。与标准三维材料不同，二维材料因其低维度而具有特殊的特性，兼具“软”和“硬”材料的特征。近日，新加坡国立大学先进二维材料研究中心的研究人员 Antonio H. Castro Neto开发了一种新型智能二维材料并将其用于体内传递药物。相关研究成果以“2D Electrolytes: Theory, Modeling, Synthesis, and Characterization”为题发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202100442）。
图1. 二维电解质的表征
（来源：Advanced Materials）
二维材料表面电荷间的电斥力使其呈现平面状。作者惊奇地发现，当外部条件（pH值、温度或悬浮液的离子浓度）被改变后，二维电解质的取向能实现可逆转变。分散液的光学显微镜图像如图1a-1d所示，该分散液在pH=3.0时含有功能化的还原氧化石墨烯（rGO SH-FITC）。具有不同pH值的分散液从2D转变为1D（从平面状到滚动状），呈现出类似于涡旋的1D排列，从而使其具有不同的性质。此外，当外部条件恢复到初始状态时，分散液从1D转变回2D。这充分显示了二维电解质薄片的变形能力，且转变是可逆的。当加入酸、碱或盐时，二维电解质可实现从1D分子链到0D球状物体的构象转换，且该转换也是可逆的。作者使用高分辨率扫描透射电子显微镜（HR-STEM）（图1e，f）和原子力显微镜（AFM）在干燥条件下（图1g–i）对二维电解质进行微观表征，结果表明形态学的变化无处不在。
图2. rGO-SH和G-COOH二维电解质的统计分析
（来源：Advanced Materials）
二维电解质rGO-SH的平均长宽比与pH的关系如图2a所示，随着pH的升高，rGO-SH有形成涡旋的趋势。图2b显示了不同pH下在样品中鉴定出的rGO-SH的形态统计分布（包括卷曲的、折叠的和平面的形态）。图2C的SEM图像显示了rGO-SH从pH=10.2的一维涡旋结构到pH=3.1的2D电解质薄片的可逆性效应。2D电解质薄片结构的平均纵横比随pH值的增加而增加。理论分析支持了上述实验结果并解释了涡旋形成的机制。
图3. 2D二维电解质薄片刺激响应行为
（来源：Phys.org）
二维电解质具有刺激响应行为，改变pH值、温度或悬浮液的离子浓度等外部条件时，材料形态会发生可逆转换。因此，作者推测该材料极具应用价值，可用于药物输送、人造肌肉和能量存储等领域。
总结：作者报道了2D电解质智能材料的理论模型、计算合成和实验表征。该类2D电解质在分散液中被离子化，受外部刺激而经历从2D到1D形态的可逆转换，并始终遵循形态相图。2D电解质可视为聚电解质（1D电解质）的高维类似物，因此，该项研究成果将电解质的范围和适用性扩展到了新的尺寸。