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日本神戶大學Hideto Matsuyama課題組--化學轉化的石墨烯納米片構建離子排斥納米通道膜
       納米通道中的水和離子傳輸是一個十分有吸引力的話題,它在能源和環境相關的領域中被進行了廣泛的研究。最近開發的二維(2D)材料是用于構建限制納米通道的理想基塊。其中,氧化石墨烯(GO)憑借其優異的溶液加工性能,常被用作起始原料。由于GO納米結構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轉化的石墨烯,以同時獲得納米通道的穩定性和功能性。該限制的納米通道具有高的電荷密度,在壓力驅動的過濾過程中,可以從水中排除約90%的NaCl溶質。這超過了文獻中報道的大多數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理,開發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/離子傳輸的示意圖。(b)數碼照片。(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5天的數碼照片。(b)CCG膜在不同化學環境中處理前和后的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Hideto Matsuyama課題組于2021年發表在Nano Lett.期刊上。原文:Chemically Converted Graphene Nanosheets for the Construction of Ion-Exclusion Nanochannel Membranes。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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