氧化石墨烯的全原子与粗粒化模型的分子模拟研究 自从2004年英国曼切斯特大学的物理学教授安德烈#183;盖姆等[1]用机械玻璃法成功得到了单层石墨烯(grephene)晶体，在科学界引起了巨大的反响，对石墨烯 (grephene)及其衍生物的研究成为了科学研究的热点。

石墨烯具有新颖的物理化学特性[2,3]，它可以折叠成零维的富勒烯，卷曲360形成一维的碳纳米管，叠加成三维的石墨[4]。

而氧化石墨烯(GO)是石墨粉经强氧化后再加水分解得到的，是石墨烯(grephene)的重要衍生物之一。

1.1 氧化石墨烯 1.1.1氧化石墨烯( GO)的性质 由于GO具有与石墨烯 ( grephene)基本相似的结构,因此GO具备了与石墨烯相似的特点,比如光热转换性能[5]#65380;电学性质、光学性质#65377;从成分分析,GO是在石墨烯的结构基础上,通过化学方法引入了丰富的含氧官能团,使得其表面含有羟基 (-OH)、环氧基,边缘有羧基(-COOH) [6],这些亲水性基团使得GO具有良好的水溶性,这些官能团为连接各种有机小分子、高分子、生物大分子及其他功能基团提供了大量活性位点[7],所以GO具有很好的生物相容性#65377;GO的这些性质为实验研究提供了良好的条件#65377; 1.1.2氧化石墨烯( GO)的制备方法 GO 的制备是利用超声#65380;长时间搅拌或高速离心等方法,将氧化石墨 ( graphite oxide)剥离而得到#65377;目前常用的制备氧化石墨的方法主要有Brodie法[8]#65380;Staudemnaier法[9]和 Hummers法[10]#65377;早在1859年,英国科学家Bordie利用发烟硝酸处理鳞片石墨,然后加入高氯酸钾作为氧化剂对鳞片石墨进行再次氧化而制备出了氧化石墨#65377;1899年,Staudenmaier用发烟硝酸和浓硫酸的混合酸对石墨进行处理,仍然是以KClO3为氧化剂再次氧化制备得到了更高氧化程度的氧化石墨烯#65377;而 Hummer采用了交替氧化的方法,以浓硫酸#65380;硝酸钠和高锰酸钾作为强氧化剂进行制备得到氧化石墨#65377;这3种方法的原理均为先采用强酸处理石墨,待形成石墨层间化合物后,再加入强氧化剂#65377;其中,产物的氧化程度可以通过反应时间调节控制,可以通过产物C#65380;O原子比进行衡量#65377;虽然 Staudenmaier法和Brodie法的氧化程度比 Hummers法要高,但是反应过程中会生成ClO2#65380;NO2等有害气体,且相对较长的反应时间产生的消耗更大,因此 Hummers法为化学法制备GO最常见的方法#65377;现在很多制备氧化石墨的新方法大多是在其基础上稍作调整而得的#65377; 1.1.3氧化石墨烯( GO)的应用 GO 在水中具有很好的溶解性,并且它的生物相容性和没有明显的毒性扩大了其在各个领域上的应用,尤其是在医药载体#65380;生物传感器#65380;环境保护和能源领域方面应用广泛#65377; 1.2分子模拟 经典分子模拟可以分为两大类：一类为分子动力学(molecular dynamics, MD)模拟；一类为蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)模拟。

如用 MD 法模拟分子在固液界面的吸附性质[11]，可测定吸附层厚度、分子构型分布、表面覆盖率等一般实验难以获得的信息。

如在石墨表面以及在石墨狭缝内用分子动力学方法研究沉积 Pt 的聚集分布、形态、沉积量、分子扩散系数以及氧的吸附等温线，还研究了带电纳米管内电解质离子的化学位及扩散系数[12]。

这些研究对制备以石墨为载体的高活性 Pt 以及燃料电池中气体扩散电极有参考价值。

采用 MC 方法可以模拟甲烷在活性炭孔中的吸附性质[13]，为纳米微孔材料储存及输送天然气提供重要操作参数。

采用分子模拟可同时从微观和宏观研究固体表面上的吸附现象。

MD 分子模拟方法除了用于建立理论模型外，还可直接测定中性分子、离子和带电胶体粒子的自扩散系数和互扩散系数。