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  11月15日，《自然材料》（Nature Materials）在線發(fā)表了英國曼徹斯特大學的石墨烯研究所與中國西南交通大學、中國科學技術大學合作，在基于氧化石墨烯高通量分離薄膜方面取得的最新研究成果。該論文題為“Ultrathin graphene-based membrane with precise molecular sieving and ultrafast solvent permeation”。

  納米過濾薄膜在海水淡化、食品和制藥工業(yè)、灌溉等諸多領域有廣闊的應用。在廣泛應用的同時也存在一定的問題：一方面，該類薄膜大部分由有機物組成，在合成過程中使用的有機溶劑對環(huán)境有害。另一方面，如何尋求過濾性能、機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性之間的合理平衡，也是一個棘手的問題。

  分離純化一直是工業(yè)生產(chǎn)領域的重要環(huán)節(jié)，有效的膜分離技術能夠大大降低生產(chǎn)成本。一般膜的分離技術是借助于被分離基質中組分分子的大小或者極性的差異等因素來進行分離的，而其中最為核心的部分則是構成膜的材料。能夠精確控制的孔徑大小，構型或者極性等性質的MOF在分離應用方面具有很大的潛力（金屬有機框架化合物（MOF）在碳氫化合物吸附分離上的應用）。

  與此同時，石墨烯擁有良好的機械強度，可以承受較大滲透壓和剪應力。然而在實際大規(guī)模生產(chǎn)中，往往需要形成納米針孔，所以實現(xiàn)高質量的轉換技術和納米孔制造工藝仍然是長遠的挑戰(zhàn)。氧化石墨烯（GO）良好的成膜性質，特殊的分子篩分效應以及其高通量等優(yōu)點在分離純化應用方面具有潛在的應用。已報道的工作中，GO構筑的膜僅能用于水溶液中的分離，而有機溶劑則無法透過。

較大的GO片層疊在一起，片層之間存在一些小孔

  研究人員突破了上述問題中的這種限制，使用10 -20 um大小左右的GO，通過層疊的方式構筑了一層厚度為 ~ 10 nm左右的薄膜。這種膜能讓水和有機溶劑快速的透過。研究人員認為，這種層疊的GO薄膜的篩分作用主要來源于薄膜中形成的1 nm左右大小的小孔。這種薄膜能夠有效的分離溶解在甲醇中的有機染料分子。

超薄高度層疊的GO膜（HLGO）的SEM圖

（a）負載在氧化鋁上的HLGO；（b）HLGO和傳統(tǒng)方法形成的GO膜（CGO）（GO片大小為0.1 - 0.6 um）

HLGO膜的分子篩分效應和有機溶劑過濾效果

（a）較小的離子/分子NaCl和MgCl2能通過HLGO，而較大的分子亞甲基藍，玫瑰紅等無法通過HLGO膜；（b）有機溶劑的粘度和在HLGO通量的關系圖；（c）甲醇中染料的分離。

HLGO膜厚度與有機溶劑通量的關系

（a）浸泡在不同溶劑中的HLGO膜的XRD圖；（b）有機溶劑的通量與HLGO膜厚度的關系。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/nmat5025