二维石墨烯基材料，如氧化石墨烯（GO），因其接近单原子厚度、可调控的纳米结构以及不易降解结垢的特性，在膜分离领域取得了大量研究成果。但是，GO膜在小离子脱盐中并没有优异性能，这是因为GO片层的亲水性和层间弱相互作用会阻碍水传输并易溶胀。而石墨烯不仅具有二维结构，其具有憎水光滑低阻表面，使其在脱盐方面具有很大潜力。
该团队在前期膜材料研究基础上（ACS Cent Sci 2019, 5, 1834; Adv Mater 2018, 1705775; J Membrane Sci 2018, 552, 13; Nat Commun 2017, 8, 825; Chem Eng J 2017, 313, 957），开发了一种简单易行的硫醇-烯点击法制备全氟烷基接枝石墨烯（fGraphene）复合膜，其片层通道被精确控制在~1.1 nm。在接触式膜蒸馏测试中，fGraphene膜对盐水小离子具有近乎完全的脱盐率，而水通量则达到30 LMH，比商用膜和GO膜高数十倍（图1）。fGraphene膜优异的快速离子脱除性能归因于其独特的双重传质孔道网络，即大部分液态水不经过相变直接从二维纳米通道界面传输。这项工作首次展示了在堆叠态多层石墨烯基膜上能够实现高效脱盐，提供了石墨烯膜功能化的可靠方法，揭示了一种特殊的传输机理，也为石墨烯材料在膜分离领域的更多潜在应用提供了可能。
图 1 fGraphene膜界面筛分示意图及不同浓度NaCl溶液的水通量
论文第一作者为我院博士生宫典、硕士生印一忱和陈慧玲。该研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院青促会和上海市科委等项目的资助。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c00987
