利用氧化石墨烯膜的可调离子筛分
材料科学
2017-06-13 v1
摘要
氧化石墨烯膜展现出非凡的分子渗透特性，在许多应用方面大有前景。然而，其在离子筛分和脱盐技术中的应用受到约 9 埃的渗透截留尺寸的限制，该尺寸大于常见盐类的水合离子直径。该截留尺寸由层间距 d ~13.5 埃决定，这是在水中溶胀的氧化石墨烯层压膜的典型值。对于浸入水中的层压膜实现更小的 d 已被证明是一项挑战。在此我们描述如何通过物理限域控制 d 并实现精确且可调的离子筛分。我们展示了 d 从约 9.8 埃到 6.4 埃的膜，其筛分尺寸小于典型离子的水合直径。在此区间内，发现离子渗透是热激活的，其能垒约为 10-100 kJ/mol，取决于 d。重要的是，渗透速率随筛分尺寸减小而呈指数下降，但水传输受微弱影响（因子 <2）。后者归因于水分子进入的低能垒以及石墨烯毛细管内的长滑移长度。基于这些发现，我们展示了一种简单的可扩展方法，以获得有限溶胀的基于石墨烯的膜，其对 NaCl 的截留率达到 97%。
引用
@article{arxiv.1701.05519,
title = {Tuneable Sieving of Ions Using Graphene Oxide Membranes},
author = {J. Abraham and K. S. Vasu and C. D. Williams and K. Gopinadhan and Y. Su and C. Cherian and J. Dix and E. Prestat and S. J. Haigh and I. V. Grigorieva and P. Carbone and A. K. Geim and R. R. Nair},
journal= {arXiv preprint arXiv:1701.05519},
year = {2017}
}