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加州大學洛杉磯分校Richard B. Kaner課題組--具有超滲透性和機械牢固性的納米結構氧化石墨烯復合材料膜
       氧化石墨烯(GO)膜由于兼具低摩擦滲水和獨特的分子篩分能力而具有巨大潛力。然而,通過沉積法制得的GO膜的實際應用受到機械牢固性差的限制,這種限制是由傳統的沉積制備法導致的。在此,我們報道了一種納米結構的GO膜,具有很高的滲透性和機械強度。這種復合膜含有超薄GO納米選擇性膜(低至32 nm厚)和后合成的大孔載體層,該層在水中和實際滲透性測試下均具有出色的穩定性。我們精準優化了選擇性層和支撐層,實現了前所未有的透水性(47L m-2 hr-1 bar-1)和高保留率(水合半徑大于4.9Å的溶質> 98%)。
 
 
 Figure 1. 納米結構氧化石墨烯(T-FLO-GO)復合膜的示意圖。常規方法:通過將GO懸浮液過濾到基材上來沉積GO膜(在復合結構中的粘附力最小)。本工作:使帶有滲透性的多孔環氧涂層在GO納米薄膜表面聚合,從而在復合材料內產生強粘合力。
 

Figure 2. GO薄片尺寸分布。(a)小GO薄片,(b)中等GO薄片(c)大GO片的TEM圖像。(d)用于制造GO的GO薄片的AFM形貌圖膜。(e)基于TEM分析的薄片尺寸分布。通過取Image J軟件測量的每個薄片面積的平方根來估算薄片尺寸。
 

Figure 3. 具有不同GO層厚度的T-FLO-GO膜。SEM截面形貌和AFM膜厚度與鑄造溶液中GO濃度的關系:(a)10 mg/g,(b)7.5 mg/g,(c)5 mg/g和(d)2.5 mg/g。在合成大孔載體層前后,GO層的厚度沒有明顯變化。所有膜都是用包含PIP:APIP摩爾比為9:1的支撐層制備的。
 

Figure 4. a)T-FLO-GO膜(帶有32 nm厚的選擇性層)上表面的XPS C1s譜。b)X射線衍射顯示(001)峰發生偏移,因為GO膜中的選擇性層在浸入水中后發生膨脹。c)分子篩分能力與溶質水合半徑的關系。
 

Figure 5. 水中浸泡三天的對照樣品的照片,對照樣品在浸入水中之前已風干。對照在放入水中之前先風干。b)T-FLO-GO膜浸入
水中30天的照片。c)具有32nm厚的GO層和9:1的二胺比環氧涂層的T-FLO-GO膜的照片。
 

Figure 6. 具有可調復合結構的T-FLO-GO膜的滲透性。a)由一系列具有不同的二胺比率的環氧層制成的膜的橫截面,比例尺1微米。 b)滲透率隨環氧層配方的變化。c)分離性能與GO層厚度的關系(使用的厚度為32、65、97和131 nm)。
 
      本研究于2020年由加州大學洛杉磯分校的 Richard B. Kaner 課題組發表于Nano Letters (https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03780)
原文:Nanostructured Graphene Oxide Composite Membranes with Ultra-permeability and Mechanical Robustness
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