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Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

采用二维材料,氧化石墨烯膜作为水渗透膜,构筑Au/GO/Ag三明治结构,通过外加电场控制水渗透,采用I-V,原位IR、XRD、分子理论模拟等方法进行表征与机理探索,使得外加电场控制水渗透过氧化石墨烯膜成为可能。本文方法新颖,设计独特,同时提出可能的机理。方法新颖,为物理、化学、生命科学的研究提供新的思路。

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

第一作者: K.-G. Zhou

通讯作者:周凯歌、K. S. Vasu、R. R. Nair

通讯单位:曼彻斯特大学

研究亮点:

通过可控电压击穿在GO膜内部形成导电丝,实现外加电场控制水渗透过氧化石墨烯膜。

水分子透过膜与毛细血管的可控运输对生物体极其重要,因此,通过改变外界条件控制水分子渗透过膜成为现今生命科学的研究热点,其中电场控制可实现信号快速响应引起关注。然而,此类研究一般选用高分子材料。近期,氧化石墨烯膜(GO)在水分子渗透方面引起人们广泛关注。

有鉴于此,曼彻斯特大学的周凯歌、K. S. Vasu、R. R. Nair课题组研究了外加电场对于水分子渗透过石墨烯膜的影响。

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

图1 电控水渗透通过氧化石墨烯膜

研究人员首先构造Au/GO/Ag三明治结构,该材料随后用于密封含水的容器并将其暴露于水蒸气中。利用通常在大电场、有水出现时,绝缘体表面会形成永久的导电路径的现象,通过可控电场击穿在氧化石墨烯膜内部形成导电丝。

电流-电压(I-V)测试结果表明,电场击穿后设备出现永久性导电通道。同时,水分子渗透过膜具有小的电阻,与电压值密切相关。水分子运输主要由通过导电丝的电流控制,而非电压。原位红外(IR)与X射线衍射(XRD)测试、分子动力学模拟测试表明其机理可能与电流介导的水分子电离有关。

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

图2 电流控制渗透

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

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图3 原位傅里叶变换红外和X射线测量

Nature: 电控水渗透氧化石墨烯膜!

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图4 | H3O+和OH离子对纳米通道内水动力学的影响

采用二维材料,氧化石墨烯膜作为水渗透膜,构筑Au/GO/Ag三明治结构,通过外加电场控制水渗透,采用I-V,原位IR、XRD、分子理论模拟等方法进行表征与机理探索,使得外加电场控制水渗透过氧化石墨烯膜成为可能。本文方法新颖,设计独特,同时提出可能的机理。方法新颖,为物理、化学、生命科学的研究提供新的思路。

本文整理自 二维加

参考文献:

Zhou, K.-G., Vasu, K. S., Cherian, C. T., Neek-Amal, M., Zhang, J. C., Ghorbanfekr-Kalashami, H., … Nair, R. R.. Electrically controlled water permeation through graphene oxide membranes. Nature, 2018.

DOI: 10.1038/s41586-018-0292-y

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0292-y

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