中國(guó)粉體網(wǎng)訊  10月9日，浙江農(nóng)林大學(xué)理學(xué)院陳亮博士以第一作者身份，在《自然》雜志上發(fā)表了題為《通過(guò)陽(yáng)離子控制層間距實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯膜的離子篩選》的學(xué)術(shù)論文。

該論文提出并實(shí)現(xiàn)了用水合離子自身精確控制石墨烯膜的層間距，展示了其出色的離子篩分和海水淡化性能，并用理論計(jì)算、上海光源的X射線小角散射（BL16B1）和精細(xì)吸收譜（BL14W1）實(shí)驗(yàn)闡明了機(jī)理。相關(guān)研究成果，解決了氧化石墨烯膜在水處理、離子/分子分離以及電池/電容等前沿研究領(lǐng)域中的重大難題，為其進(jìn)一步應(yīng)用提供了重要的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。陳亮博士及其研究團(tuán)隊(duì)還將相關(guān)研究成果，申請(qǐng)了相應(yīng)的國(guó)際、國(guó)內(nèi)發(fā)明專利。

據(jù)介紹，石墨烯膜用于離子篩分和海水淡化一直面臨巨大挑戰(zhàn)：對(duì)像紙一樣的石墨烯納米片，要精確“裝訂”成石墨烯膜，保證其層間距固定并精確到十分之一納米這么小的尺度，非常困難；更具挑戰(zhàn)的是，石墨烯膜在水溶液中還會(huì)發(fā)生溶脹導(dǎo)致分離性能嚴(yán)重衰減。

陳亮及其團(tuán)隊(duì)的研究工作，證明了離子與石墨烯片層內(nèi)芳香環(huán)結(jié)構(gòu)之間存在水合離子-π相互作用。這種作用像“橋墩”一樣支撐石墨烯片層，精確控制了石墨烯膜的層間距，而不同大小的水合離子相當(dāng)于不同大小的“橋墩”，進(jìn)而對(duì)應(yīng)于不同的層間距。對(duì)于具有最小水合直徑的鉀離子，由于鉀離子的水合層較弱，進(jìn)入石墨烯膜后水合層發(fā)生形變，導(dǎo)致特別小的層間距。

這樣，經(jīng)過(guò)鉀離子溶液浸泡的石墨烯膜能阻止水合鉀離子自身的進(jìn)入，有效截留鹽溶液中包括鉀離子本身在內(nèi)的所有離子，同時(shí)還能維持水分子通過(guò)，實(shí)現(xiàn)一邊是離子溶液一邊是純水的水處理效果。 該研究不僅為石墨烯膜的設(shè)計(jì)制備提供了理論與技術(shù)指導(dǎo)，也為其他二維材料在分離膜領(lǐng)域的研究開(kāi)辟了新思路。

相關(guān)研究工作由中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、上海大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)和浙江農(nóng)林大學(xué)的研究人員發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)合作完成，得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、科技部等機(jī)構(gòu)的資助。