日本神户大学Hideto Matsuyama课题组--化学转化的石墨烯纳米片构建离子排斥纳米通道膜

纳米通道中的水和离子传输是一个十分有吸引力的话题，它在能源和环境相关的领域中被进行了广泛的研究。最近开发的二维（2D）材料是用于构建限制纳米通道的理想基块。其中，氧化石墨烯（GO）凭借其优异的溶液加工性能，常被用作起始原料。由于GO纳米结构的溶剂化通常会损害纳米通道的功能，因此在这项研究中，使用一步法制备了化学转化的石墨烯，以同时获得纳米通道的稳定性和功能性。该限制的纳米通道具有高的电荷密度，在压力驱动的过滤过程中，可以从水中排除约90％的NaCl溶质。这超过了文献中报道的大多数GO淡化膜的性能。因此，这项研究基于所提出的纳米通道限制电荷排斥机理，开发了一种离子排斥纳米通道膜。

Figure 1.（a）CCG纳米片的合成示意图和CCG纳米通道膜中水/离子传输的示意图。（b）数码照片。（c）不同样品的悬浮水溶液的紫外可见光谱。（d）纳米通道膜中水/离子迁移的图示。（e）TA-rGO膜的表面和横截面SEM图像。（f）不同膜的ATR-FTIR光谱。

Figure 2. 原始GO和TA-rGO膜的（a，d）XPS C 1s光谱，（b，e）XRD光谱和（c，f）分离性能。

Figure 3．（a）在膜纳米通道中水合离子的运输示意图。（b）在干燥和潮湿状态下GO和CCG膜的XRD谱。（c）GO和CCG膜的表面Zeta电位。（d）GO和CCG膜的时间依赖性水渗透通量。（e）GO和CCG膜对不同盐的排斥性。

Figure 4．（a）将CCG膜浸入酸性，中性和碱性水中持续5天的数码照片。（b）CCG膜在不同化学环境中处理前和后的XRD光谱。（c-d）不同条件下的分离性能比较。（e）通过Arrhenius图获得膜渗透的活化能。（f）长期评估CCG膜的性能。

该研究工作由日本神户大学Hideto Matsuyama课题组于2021年发表在Nano Lett.期刊上。原文：Chemically Converted Graphene Nanosheets for the Construction of Ion-Exclusion Nanochannel Membranes。