科學家精確“裝訂”石墨烯膜

科學家精確“裝訂”石墨烯膜

近日，中科院上海應用物理研究所方海平團隊提出并實現(xiàn)了通過水合離子精確控制石墨烯膜的層間距，展示出優(yōu)異的離子篩分和海水淡化性能。相關成果已在線發(fā)表于《自然》雜志，并申請了相應的國內和PCT專利。

對于石墨烯納米片，要實現(xiàn)其層間距固定到1納米左右并精確到1/10納米這么小的尺度，其困難可想而知，更具挑戰(zhàn)的是，石墨烯膜在水溶液中還會發(fā)生溶脹，導致分離性能嚴重衰減。

研究人員提出了溶液中離子本身可以有效控制(氧化)石墨烯膜的層間距，并進行了相應的理論模擬計算加以驗證。同時利用上海光源的X射線小角散射、精細吸收譜以及紫外等表征手段證明了離子與石墨烯片層內芳香環(huán)結構之間存在水合離子相互作用。這樣的作用像“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于不同大小的“橋墩”，進而對應于不同的層間距。

研究人員通過實驗成功實現(xiàn)并觀測到石墨烯膜與不同的離子溶液作用后具有特定的層間距，這樣的間距可以小到1納米左右，而不同離子對應的間距差異小于1/10納米;當石墨烯膜與水合直徑小的離子溶液結合后，具有更大水合直徑的離子就難以進入石墨烯膜。因此，通過離子選擇可以實現(xiàn)對石墨烯膜的層間距達1/10納米的精確控制。同時，通過系列水合離子控制的多石墨烯復合膜，從實驗上實現(xiàn)了不同離子間的精確篩分。

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