氧化石墨烯（GO）膜由于兼具低摩擦滲水和獨(dú)特的分子篩分能力而具有巨大潛力。然而，通過(guò)沉積法制得的GO膜的實(shí)際應(yīng)用受到機(jī)械牢固性差的限制，這種限制是由傳統(tǒng)的沉積制備法導(dǎo)致的。在此，我們報(bào)道了一種納米結(jié)構(gòu)的GO膜，具有很高的滲透性和機(jī)械強(qiáng)度。這種復(fù)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(shí)際滲透性測(cè)試下均具有出色的穩(wěn)定性。我們精準(zhǔn)優(yōu)化了選擇性層和支撐層，實(shí)現(xiàn)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(zhì)> 98％）。
Figure 1. 納米結(jié)構(gòu)氧化石墨烯（T-FLO-GO）復(fù)合膜的示意圖。常規(guī)方法：通過(guò)將GO懸浮液過(guò)濾到基材上來(lái)沉積GO膜（在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的粘附力最小）。本工作：使帶有滲透性的多孔環(huán)氧涂層在GO納米薄膜表面聚合，從而在復(fù)合材料內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)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(guò)取Image J軟件測(cè)量的每個(gè)薄片面積的平方根來(lái)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(guān)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(méi)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(xiàn)衍射顯示（001）峰發(fā)生偏移，因?yàn)镚O膜中的選擇性層在浸入水中后發(fā)生膨脹。c）分子篩分能力與溶質(zhì)水合半徑的關(guān)系。
Figure 5. 水中浸泡三天的對(duì)照樣品的照片，對(duì)照樣品在浸入水中之前已風(fēng)干。對(duì)照在放入水中之前先風(fēng)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(huán)氧涂層的T-FLO-GO膜的照片。
Figure 6. 具有可調(diào)復(fù)合結(jié)構(gòu)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(huán)氧層制成的膜的橫截面，比例尺1微米。 b）滲透率隨環(huán)氧層配方的變化。c）分離性能與GO層厚度的關(guān)系（使用的厚度為32、65、97和131 nm）。
本研究于2020年由加州大學(xué)洛杉磯分校的 Richard B. Kaner 課題組發(fā)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
