武漢大學最新Science:高效的納米濾膜

nanoCJ 4年前 (2019-06-14) 4939瀏覽

【引言】

海水的脫鹽和凈化是持續獲得潔凈水源的理想途徑之一。在這樣的背景下，具有原子級厚度的納米孔二維材料因其表現出高效的分離性能以及高度的透過率而被認為是制備超薄水處理薄膜的潛在材料。理論計算預言，單層納米孔二維薄膜可以提供超快的水滲透和選擇性分離性能。實驗研究也已經表明，納米孔石墨烯薄膜在脫鹽處理方面具有良好的表現。然而，目前的此類石墨烯材料的制備還限制在微米尺度。因為隨著石墨烯面積的增大，面內晶界的存在和嚴重削弱材料的機械性能，致使在引入孔的過程中進一步破壞單層石墨烯的結構完整性，從而在分子水平上失去分離溶質離子和水分子的功能。因此，如何有效制備具有足夠機械強度的大面積納米孔二維薄膜依然是亟待解決的問題。

【成果簡介】

武漢大學的袁荃教授和加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒教授（共同通訊作者）等人報道研制了大面積石墨烯-納米網/單壁碳納米管（GNM/SWNT）雜化膜。這種膜在擁有原子級厚度的同時，還具備優異的機械強度。其中，單層的GNM具有高密度的亞納米孔，可在有效輸運水分子的同時阻斷溶質離子或者分子，呈現出尺寸選擇性分離性能。而SWNT網絡形成了可以支撐GNM的微框架，并同時將GNM隔離成微尺度島狀區域，進一步保證了原子級厚度GNM的結構完整性。這一GNM/SWNT雜化膜展現出高水滲透性以及對鹽離子或者有機分子的選擇性分離，在進一步的管式模型中也保持著穩定的性能。2019年06月14日，相關成果以題為“Large-area graphene-nanomesh/carbon-nanotube hybrid membranes for ionic and molecular nanofiltration”的文章在線發表在Science上。

【圖文導讀】

圖1 GNM/SWNT雜化膜進行高效水脫鹽處理示意圖