研究透视:Nature-纳孔石墨烯

研究表明,在单层石墨烯中,获得了具有左偏态、短尾尺寸分布的高密度纳米孔,并显示了离子和分子的超快和埃米级尺寸可调的选择性传输,打破了传统的对数正态尺寸分布限制。该项方法,独立控制生成纳米孔的几项参数指标,包括密度、平均直径、标准偏差和尺寸分布的偏度值,这将产生纳米技术的下一次飞跃。

单层石墨烯具有纳米尺度孔隙、原子级厚度和显著的力学性能,为离子和分子分离、储能和电子学提供了广泛应用机会。在很大程度上,因为这些应用性能依赖于纳米孔的尺寸,所以希望精确地设计并制造具有窄尺寸分布的合适纳米孔尺寸。然而,传统自上而下的制备过程,通常产生具有长尾的对数正态分布,特别是在亚纳米尺度。此外,在本质上,纳米孔的尺寸分布和密度相互关联,进而需要两者之间的权衡,这大大限制了应用。

今日,美国 麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)Jiangtao Wang,Jing Kong等,澳大利亚墨尔本大学(The University of Melbourne)Chi Cheng(一作)等,在Nature上发文,报道了一种级联压缩cascaded compression方法,用以缩小具有左偏态skewness和超小尾部偏差纳米孔尺寸分布,同时在每个压缩循环中,增加了纳米孔密度。

纳米孔形成过程,可分成为许多小步骤,在每个小步骤中,通过收缩和膨胀组合,用以压缩所有现有纳米孔的尺寸分布,并且在膨胀的同时,产生了一批新纳米孔,进而增加了每个循环的纳米孔密度。研究表明,在单层石墨烯中,获得了具有左偏态、短尾尺寸分布的高密度纳米孔,并显示了离子和分子的超快和埃米级尺寸可调的选择性传输,打破了传统的对数正态尺寸分布限制。

该项方法,独立控制生成纳米孔的几项参数指标,包括密度、平均直径、标准偏差和尺寸分布的偏度值,这将产生纳米技术的下一次飞跃。

研究透视:Nature-纳孔石墨烯

Cascaded compression of size distribution of nanopores in monolayer graphene.
单层石墨烯纳米孔尺寸分布的级联压缩。

研究透视:Nature-纳孔石墨烯

图1:在单层石墨烯中,纳米孔产生的压缩循环示意图。

研究透视:Nature-纳孔石墨烯

图2:纳米孔的表征和级联压缩模型的验证。

研究透视:Nature-纳孔石墨烯

图3:基于分离纳米孔尺寸分布和密度,溶剂渗透和超快纳米过滤。

研究透视:Nature-纳孔石墨烯

图4:高度可调和选择性溶质渗透超过对数正态极限。

文献链接

Wang, J., Cheng, C., Zheng, X. et al. Cascaded compression of size distribution of nanopores in monolayer graphene. Nature 623, 956–963 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06689-y

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06689-y

本文译自Nature。

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上一篇 2023年11月30日 07:01
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