Nature：氧化石墨烯膜通过阳离子控制层间距实现离子筛分

【背景介绍】

氧化石墨烯膜（GOMs）是一种超薄，高通量和高能效的膜，可用于在水溶液中进行精确的离子和分子筛分。氧化石墨烯膜已经在包括海水淡化，气体和离子分离，生物传感器，质子导体，锂基电池和超级电容器等领域中显示出其优异的性能。不同于具有固定尺寸的碳纳米管膜的孔，氧化石墨烯膜的孔隙，即石墨烯氧化物薄片之间的层间距是尺寸可调节的。但是保证其层间距固定并精确到纳米尺度，并考虑到石墨烯膜在水溶液中会发生溶胀导致分离性能严重衰减，研究的难度可想而知。

【成果简介】

近日，中国科学院上海应用物理研究所方海平、Jingye Li、上海大学吴明红团队、南京工业大学金万勤团队（共同通讯）等人使用K ^+，Na⁺，Ca²⁺，Li⁺或Mg²⁺离子显示了利用阳离子控制层间距精确订装氧化石墨烯膜，表现出优异的离子筛分和海水淡化性能。此外，由一种类型阳离子控制的膜间距可以有效地选择性地排除具有较大水合体积的其它阳离子。第一性原理计算和紫外吸收光谱表明，最稳定的阳离子吸附位置是氧化物基团和芳环共存的地方。密度泛函理论计算表明，与Na⁺相比，其他阳离子应该具有比石墨烯片更强的阳离子-π相互作用。上述内容以题为“Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing”发表在了Nature上。

【图文导读】

图1 阳离子控制GOMs的层间距

图2 具有不同离子的GOMs溶液吸附

图3 由陶瓷基底支撑的GOMs的单离子渗透测试

图4 两个氧化石墨烯片之间阳离子的理论计算

文献链接：Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing（Nature,2017,DOI:doi:10.1038/nature24044）

本文由材料人学术组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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