悉尼大学--嵌入2D共价-有机骨架的氧化石墨烯层作为坚固的纳滤膜

由二维（2D）材料制成的层压膜的分离性能在很大程度上取决于其纳米级结构。除了调整2D材料的层间间距外，支撑基材的孔径也会显著影响膜的性能。本文中，我们将刚性2D共价有机骨架（COF）插入到部分还原的氧化石墨烯（prGO）层压板中，以实现坚固的prGO/COF层压膜。一方面，具有孔的原子薄2D COF用作纳米间隔物，以增加prGO纳米片之间的层间间隔并提供直接传输通道，从而降低了水的传输阻力。另一方面，COF增强了具有大孔的基材上prGO网络的自支撑能力。我们的模型计算表明，由于皱纹和皱纹的增强，有效膜表面积增加了53.4％。与原始prGO膜相比，此策略可导致优化的prGO/COF层压膜的透水性提高27倍，而不会牺牲其对有机染料的排斥率。此外，在纳米过滤测试中，prGO/COF膜可在5 bar的压力下承受10h的很大程度的变形。总的来说，这项工作提供了一个多方向策略和一个设计原则指导，以实现针对各种潜在应用的高性能且坚固的基于2D材料的层压膜。

Figure 1. 通过水热组装和压力辅助过滤方法制造prGO/COF膜的示意图。

Figure 2. （a）合成COF的XRD图谱（插图：COF的模拟分子结构）。（b）通过AFM测量的COF纳米片的横向尺寸分布（超声剥落后）（测量了超过100片COF纳米片）。（c）GO和prGO的XPS调查扫描光谱。（d）prGO的XPS C1s光谱。具有COF（e和f）和prGO（g和h）的相应高度轮廓的AFM图像。

Figure 3. （a）平均孔径为0.45 mm的尼龙基材、（b）原始prGO膜、（c）prGO/COF-0.3和（d）prGO/COF-0.5表面的SEM图像。（e）原始prGO膜，（f）prGO/COF-0.3和（g）prGO/COF-0.5的横截面SEM图像。

Figure 4.沉积在孔径不同的尼龙基材上的原始prGO和prGO/COF层压膜对MB的（a）排斥率和（b）透水率；（c）prGO和（d）prGO/COF-0.3在孔径为0.65 mm的尼龙基材上的表面形态SEM图像。（e）prGO/COF-0.3在不同的施加压力下，对MB的透水率和排斥率。（f）prGO/COF-0.3在5 bar施加压力下的长期稳定性。

Figure 5. （a–c）沉积在具有不同孔径的基质上的prGO/COF-0.3膜的示意图以及显示横截面的相应SEM。（d）prGO和prGO/COF层压膜中，纳米间隔物的嵌入、底物的孔径、膜表面粗糙度（RMS）和透水性之间的关系。

相关研究成果于2020年由悉尼大学Fei Liu、Alejandro Montoya和Yuan Chen课题组，发表在J. Mater. Chem. A（DOI: 10.1039/d0ta01727b）上。原文：Graphene oxide laminates intercalated with 2D covalent-organic frameworks as a robust nanofiltration membrane。