AFM 材料期刊俱乐部

基于石墨烯的智能膜:电控质量水传输

由 K. - G.周, K. S. Vasu, C. T. Cherian, M. Neek-Amal, J.C张, H. Ghorbanfekr-Kalashami, K. 黄, O. 马歇尔, V. K. 克拉维茨, J. 亚伯拉罕, Y. Su, A. G. 格里戈连科, A. 普拉特, A. K. 盖姆, F.M. 皮特斯, K. S. 诺诺夫洛夫和 R. R.

自然, 2018, 559, 236-240

用于精确控制水分子传输的智能膜技术是医疗保健和水净化等各种研发领域所关注的技术。在传统的聚合物膜中,水渗透控制通常是通过结构调制或表面物理化学修饰。另一种长期追求的方法是控制水流从完全阻塞到超快渗透。这些作者之前已经通过实验证明了这一点。然而,基于外部电刺激的这种控制的基本原理与矛盾的理论进行了辩论。

在由诺贝尔铜墨烯奖得主共同著的本工作中,μm-厚石墨烯氧化物(GO)膜在初始电调节后表现出精确、可逆、稳定的电控水渗透,从而显示出潜在的大规模工业应用前景。最初的电气调节通过可控的电气分解在膜中形成导电丝被证实发生。高分辨率的 PeakForce TUNA 图像显示,这些灯丝的直径为 <50 nm,薄膜的灯丝密度为 ±107 cm-2。

除了AFM之外,热学、显微镜和光谱技术,以及分子动力学模拟,也用于解决关于现有理论的辩论。作者证明,在应用偏置下,电流承载导电丝周围的诱导电场将H2O分子分离成H3O+和OH-离子。这些离子形成大型水合聚类,由于离子与周围水之间的强氢键具有很强的相互作用,根据应用的偏差,减少或阻碍水的传输。