納米通道中的水和離子傳輸是一個十分有吸引力的話題，它在能源和環(huán)境相關(guān)的領(lǐng)域中被進(jìn)行了廣泛的研究。最近開發(fā)的二維（2D）材料是用于構(gòu)建限制納米通道的理想基塊。其中，氧化石墨烯（GO）憑借其優(yōu)異的溶液加工性能，常被用作起始原料。由于GO納米結(jié)構(gòu)的溶劑化通常會損害納米通道的功能，因此在這項研究中，使用一步法制備了化學(xué)轉(zhuǎn)化的石墨烯，以同時獲得納米通道的穩(wěn)定性和功能性。該限制的納米通道具有高的電荷密度，在壓力驅(qū)動的過濾過程中，可以從水中排除約90％的NaCl溶質(zhì)。這超過了文獻(xiàn)中報道的大多數(shù)GO淡化膜的性能。因此，這項研究基于所提出的納米通道限制電荷排斥機(jī)理，開發(fā)了一種離子排斥納米通道膜。
Figure 1.（a）CCG納米片的合成示意圖和CCG納米通道膜中水/離子傳輸?shù)氖疽鈭D。（b）數(shù)碼照片。（c）不同樣品的懸浮水溶液的紫外可見光譜。（d）納米通道膜中水/離子遷移的圖示。（e）TA-rGO膜的表面和橫截面SEM圖像。（f）不同膜的ATR-FTIR光譜。
Figure 2. 原始GO和TA-rGO膜的（a，d）XPS C 1s光譜，（b，e）XRD光譜和（c，f）分離性能。
Figure 3．（a）在膜納米通道中水合離子的運輸示意圖。（b）在干燥和潮濕狀態(tài)下GO和CCG膜的XRD譜。（c）GO和CCG膜的表面Zeta電位。（d）GO和CCG膜的時間依賴性水滲透通量。（e）GO和CCG膜對不同鹽的排斥性。
Figure 4．（a）將CCG膜浸入酸性，中性和堿性水中持續(xù)5天的數(shù)碼照片。（b）CCG膜在不同化學(xué)環(huán)境中處理前和后的XRD光譜。（c-d）不同條件下的分離性能比較。（e）通過Arrhenius圖獲得膜滲透的活化能。（f）長期評估CCG膜的性能。
該研究工作由日本神戶大學(xué)Hideto Matsuyama課題組于2021年發(fā)表在Nano Lett.期刊上。原文：Chemically Converted Graphene Nanosheets for the Construction of Ion-Exclusion Nanochannel Membranes。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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