Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing

石墨烯 氧化物 材料科学 阳离子聚合 化学工程 离子 无机化学 化学 纳米技术 高分子化学 有机化学 生物化学 工程类 冶金
作者
Liang Chen,Guosheng Shi,Jie Shen,Bingquan Peng,Bowu Zhang,Yuzhu Wang,Fenggang Bian,Jiajun Wang,Deyuan Li,Zhe Qian,Gang Xu,Gongping Liu,Jianrong Zeng,Lijuan Zhang,Yizhou Yang,Guoquan Zhou,Minghong Wu,Wanqin Jin,Jingye Li,Haiping Fang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:550 (7676): 380-383 被引量:1628
标识
DOI:10.1038/nature24044
摘要

Graphene oxide membranes-partially oxidized, stacked sheets of graphene-can provide ultrathin, high-flux and energy-efficient membranes for precise ionic and molecular sieving in aqueous solution. These materials have shown potential in a variety of applications, including water desalination and purification, gas and ion separation, biosensors, proton conductors, lithium-based batteries and super-capacitors. Unlike the pores of carbon nanotube membranes, which have fixed sizes, the pores of graphene oxide membranes-that is, the interlayer spacing between graphene oxide sheets (a sheet is a single flake inside the membrane)-are of variable size. Furthermore, it is difficult to reduce the interlayer spacing sufficiently to exclude small ions and to maintain this spacing against the tendency of graphene oxide membranes to swell when immersed in aqueous solution. These challenges hinder the potential ion filtration applications of graphene oxide membranes. Here we demonstrate cationic control of the interlayer spacing of graphene oxide membranes with angstrom precision using K+, Na+, Ca2+, Li+ or Mg2+ ions. Moreover, membrane spacings controlled by one type of cation can efficiently and selectively exclude other cations that have larger hydrated volumes. First-principles calculations and ultraviolet absorption spectroscopy reveal that the location of the most stable cation adsorption is where oxide groups and aromatic rings coexist. Previous density functional theory computations show that other cations (Fe2+, Co2+, Cu2+, Cd2+, Cr2+ and Pb2+) should have a much stronger cation-π interaction with the graphene sheet than Na+ has, suggesting that other ions could be used to produce a wider range of interlayer spacings.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
111完成签到,获得积分20
刚刚
路边一条发布了新的文献求助10
1秒前
mannich发布了新的文献求助10
2秒前
keep发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
2秒前
小布丁发布了新的文献求助10
4秒前
orixero应助笑纳采纳,获得10
4秒前
ff发布了新的文献求助10
4秒前
万能图书馆应助时尚半仙采纳,获得10
5秒前
5秒前
温暖阑悦发布了新的文献求助10
5秒前
an发布了新的文献求助10
6秒前
岗岗完成签到,获得积分10
6秒前
dde应助Vesper采纳,获得20
7秒前
CipherSage应助含糊的世界采纳,获得10
7秒前
阿西吧发布了新的文献求助10
7秒前
Lisishan完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
linxc07发布了新的文献求助10
8秒前
Jasper应助dhu0304采纳,获得10
8秒前
9秒前
君临天下发布了新的文献求助10
9秒前
跳跃绝音完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
路边一条完成签到,获得积分10
11秒前
无花果应助冷酷的绿竹采纳,获得10
11秒前
11秒前
11秒前
11秒前
Linus发布了新的文献求助20
12秒前
12秒前
12秒前
跳跃绝音发布了新的文献求助10
12秒前
哈哈哈完成签到,获得积分10
12秒前
纯真冰棍完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
gnufgg完成签到,获得积分10
13秒前
14秒前
14秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The anomeric effect 1000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7731428
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9282569
关于积分的说明 20152451
捐赠科研通 7308831
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3303709
关于科研通互助平台的介绍 2456509
邀请新用户注册赠送积分活动 2312394