由上海大學完成的石墨烯微結構調控及其表面效應研究項目聚焦于石墨烯及其衍生物微納結構的制備、尺寸及表面特性的系統(tǒng)調控，拓展石墨烯材料的功能及其應用領域，為新型石墨烯材料在光電器件、生物醫(yī)學、環(huán)境及能源技術等領域的應用奠定堅實基礎。該項目獲得了2018年國家自然科學二等獎。

該項目發(fā)現(xiàn)了膠態(tài)石墨烯量子點的微結構調控及其新效應，項目組聚焦于膠態(tài)石墨烯材料，特別是超小石墨烯量子點的橫向尺寸和官能團調控新方法，發(fā)現(xiàn)由尺寸、缺陷和官能團誘導的新效應，并揭示其機理。

該項目主要的創(chuàng)新點包括：基于“解開拉鏈”的化學裁剪原理，首次制備了膠態(tài)熒光石墨烯量子點，促進石墨烯量子點在膠體化學、光電子學和納米生物學等學科上的快速發(fā)展；首次發(fā)現(xiàn)了石墨烯的藍色熒光，并揭示其缺陷發(fā)光機理；基于“分子融合”的化學合成原理，首次制備了單晶結構的膠態(tài)石墨烯量子點，實現(xiàn)了量子點的尺寸和邊位官能團的系統(tǒng)調控以及近全色的熒光調控，揭示了帶邊激子態(tài)發(fā)光機制；發(fā)現(xiàn)膠態(tài)氧化石墨烯具有高的生物安全性，極高濃度下細胞毒性具有尺寸依賴性。

該項目還發(fā)現(xiàn)了石墨烯的層數(shù)和組分調控及其新效應。項目組聚焦于石墨烯的層數(shù)、層間組分、面上和面內組分的調控，發(fā)現(xiàn)這些調控產生的光電、儲能和吸附效應。在石墨烯的層數(shù)調控及其超快光子學效應、石墨烯面內缺陷調控及誘導的附加儲鋰效應，以及面上對金屬離子的超高吸附及誘導的折疊效應等方面有突出的創(chuàng)新。

此外，該項目還基于石墨烯建模發(fā)現(xiàn)了石墨烯生物效應的分子機制。項目組針對單靠實驗研究難以準確揭示石墨烯表面活性分子機制的難題，發(fā)展了高效的分子動力學模擬方法，有效模擬了氧化石墨烯復雜表面結構及其形成機制。而且，他們建立的分子動力學模型還重點模擬了石墨烯與生物體表界面n

存在的具有復雜動態(tài)特征的時空效應，發(fā)現(xiàn)了納米石墨烯破壞細菌細胞膜屏障的一種新機制，揭示了納米石墨烯與細胞膜、水介質的氫鍵網絡三者之間存在著復雜動態(tài)的表界面相互作用。

項目組在石墨烯納米結構的可控制備與表面特性調控方面取得了一系列創(chuàng)新性成果，并受到國內外同行的廣泛認同。項目成果在量子點科技、生物醫(yī)藥、能源環(huán)境等領域產生了重要的學術影響。8篇代表論文均入選ESI高被引論文，項目團隊在石墨烯量子點的可控制備及生物應用方面獲得2015年上海市自然科學一等獎，項目第一完成人還獲得2017石墨烯學術杰出貢獻獎。