JACS: 通过表面胺功能化增强氧化石墨烯膜的离子筛分

基于二维（2D）纳米材料的膜由于其通过离子截除从盐水中提取淡水的出色性能，在缓解世界淡水危机方面显示出了巨大的潜力。然而，通过亚纳米范围内二维纳米材料膜的精确d-间距控制来实现高选择性和高渗透性的海水淡化仍然是非常具有挑战性的。

有鉴于此，迪肯大学类伟巍研究员、Dan Liu和昆士兰科技大学寇良志研究员等人，开发了具有氮基团（例如胺基团和极化的氮原子）的功能化氧化石墨烯膜（FGOM），以通过一步控制的等离子体处理增强金属离子筛分。

本文要点

1）氮官能团可与金属离子产生强烈的静电相互作用，并导致FGOM在单一溶液和二元溶液中的单/二价阳离子选择性高达90和28.3，比氧化石墨烯膜（GOM）高10倍以上。

2）第一性原理计算证实，FGOM的离子选择性是由金属离子和极化氮原子之间的结合能差异引起的。此外，厚度为50 nm的超薄FGOM可以具有高达120 mol m^–2 h^–1的高水通量，而不会牺牲NaCl溶液的近99.0％的截留率，显示出约4.31×10³的超高水/盐选择性。

3）这种便捷高效的等离子体处理不仅使GOMs有望在未来实现可持续的水净化，包括离子分离和水脱盐，而且还提供了一种使2D纳米材料膜功能化以实现特定目的的新策略。

参考文献：

Yijun Qian et al. Enhanced Ion Sieving of Graphene Oxide Membranes via Surface Amine Functionalization. J. Am. Chem. Soc., 2021.

DOI: 10.1021/jacs.1c00575

https://doi.org/10.1021/jacs.1c00575