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  11月15日，《自然材料》（Nature Materials）在線發(fā)表了英國曼徹斯特大學(xué)的石墨烯研究所與中國西南交通大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作，在基于氧化石墨烯高通量分離薄膜方面取得的最新研究成果。該論文題為“Ultrathin graphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solvent permeation”。

  納米過濾薄膜在海水淡化、食品和制藥工業(yè)、灌溉等諸多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。在廣泛應(yīng)用的同時也存在一定的問題：一方面，該類薄膜大部分由有機(jī)物組成，在合成過程中使用的有機(jī)溶劑對環(huán)境有害。另一方面，如何尋求過濾性能、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性之間的合理平衡，也是一個棘手的問題。

  分離純化一直是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，有效的膜分離技術(shù)能夠大大降低生產(chǎn)成本。一般膜的分離技術(shù)是借助于被分離基質(zhì)中組分分子的大小或者極性的差異等因素來進(jìn)行分離的，而其中最為核心的部分則是構(gòu)成膜的材料。能夠精確控制的孔徑大小，構(gòu)型或者極性等性質(zhì)的MOF在分離應(yīng)用方面具有很大的潛力（金屬有機(jī)框架化合物（MOF）在碳?xì)浠衔镂椒蛛x上的應(yīng)用）。

  與此同時，石墨烯擁有良好的機(jī)械強(qiáng)度，可以承受較大滲透壓和剪應(yīng)力。然而在實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)中，往往需要形成納米針孔，所以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的轉(zhuǎn)換技術(shù)和納米孔制造工藝仍然是長遠(yuǎn)的挑戰(zhàn)。氧化石墨烯（GO）良好的成膜性質(zhì)，特殊的分子篩分效應(yīng)以及其高通量等優(yōu)點(diǎn)在分離純化應(yīng)用方面具有潛在的應(yīng)用。已報道的工作中，GO構(gòu)筑的膜僅能用于水溶液中的分離，而有機(jī)溶劑則無法透過。

較大的GO片層疊在一起，片層之間存在一些小孔

  研究人員突破了上述問題中的這種限制，使用10 -20 um大小左右的GO，通過層疊的方式構(gòu)筑了一層厚度為 ~ 10 nm左右的薄膜。這種膜能讓水和有機(jī)溶劑快速的透過。研究人員認(rèn)為，這種層疊的GO薄膜的篩分作用主要來源于薄膜中形成的1 nm左右大小的小孔。這種薄膜能夠有效的分離溶解在甲醇中的有機(jī)染料分子。

超薄高度層疊的GO膜（HLGO）的SEM圖

（a）負(fù)載在氧化鋁上的HLGO；（b）HLGO和傳統(tǒng)方法形成的GO膜（CGO）（GO片大小為0.1 - 0.6 um）

HLGO膜的分子篩分效應(yīng)和有機(jī)溶劑過濾效果

（a）較小的離子/分子NaCl和MgCl2能通過HLGO，而較大的分子亞甲基藍(lán)，玫瑰紅等無法通過HLGO膜；（b）有機(jī)溶劑的粘度和在HLGO通量的關(guān)系圖；（c）甲醇中染料的分離。

HLGO膜厚度與有機(jī)溶劑通量的關(guān)系

（a）浸泡在不同溶劑中的HLGO膜的XRD圖；（b）有機(jī)溶劑的通量與HLGO膜厚度的關(guān)系。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/nmat5025