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悉尼大學Fei Liu、Alejandro Montoya和Yuan Chen課題組--嵌入2D共價-有機骨架的氧化石墨烯層作為堅固的納濾膜
       由二維(2D)材料制成的層壓膜的分離性能在很大程度上取決于其納米級結構。除了調整2D材料的層間間距外,支撐基材的孔徑也會顯著影響膜的性能。本文中,我們將剛性2D共價有機骨架(COF)插入到部分還原的氧化石墨烯(prGO)層壓板中,以實現堅固的prGO/COF層壓膜。一方面,具有孔的原子薄2D COF用作納米間隔物,以增加prGO納米片之間的層間間隔并提供直接傳輸通道,從而降低了水的傳輸阻力。另一方面,COF增強了具有大孔的基材上prGO網絡的自支撐能力。我們的模型計算表明,由于皺紋和皺紋的增強,有效膜表面積增加了53.4%。與原始prGO膜相比,此策略可導致優化的prGO/COF層壓膜的透水性提高27倍,而不會犧牲其對有機染料的排斥率。此外,在納米過濾測試中,prGO/COF膜可在5 bar的壓力下承受10h的很大程度的變形??偟膩碚f,這項工作提供了一個多方向策略和一個設計原則指導,以實現針對各種潛在應用的高性能且堅固的基于2D材料的層壓膜。
 
 
 
Figure 1. 通過水熱組裝和壓力輔助過濾方法制造prGO/COF膜的示意圖。
 
 
Figure 2. (a)合成COF的XRD圖譜(插圖:COF的模擬分子結構)。(b)通過AFM測量的COF納米片的橫向尺寸分布(超聲剝落后)(測量了超過100片COF納米片)。(c)GO和prGO的XPS調查掃描光譜。(d)prGO的XPS C1s光譜。具有COF(e和f)和prGO(g和h)的相應高度輪廓的AFM圖像。
 
Figure 3. (a)平均孔徑為0.45 mm的尼龍基材、(b)原始prGO膜、(c)prGO/COF-0.3和(d)prGO/COF-0.5表面的SEM圖像。(e)原始prGO膜,(f)prGO/COF-0.3和(g)prGO/COF-0.5的橫截面SEM圖像。
 
 
Figure 4.沉積在孔徑不同的尼龍基材上的原始prGO和prGO/COF層壓膜對MB的(a)排斥率和(b)透水率;(c)prGO和(d)prGO/COF-0.3在孔徑為0.65 mm的尼龍基材上的表面形態SEM圖像。(e)prGO/COF-0.3在不同的施加壓力下,對MB的透水率和排斥率。(f)prGO/COF-0.3在5 bar施加壓力下的長期穩定性。
 
Figure 5. (a–c)沉積在具有不同孔徑的基質上的prGO/COF-0.3膜的示意圖以及顯示橫截面的相應SEM。(d)prGO和prGO/COF層壓膜中,納米間隔物的嵌入、底物的孔徑、膜表面粗糙度(RMS)和透水性之間的關系。
 
        相關研究成果于2020年由悉尼大學Fei Liu、Alejandro Montoya和Yuan Chen課題組,發表在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。

轉自《石墨烯雜志》公眾號:

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