7月8日，博彩导航 微纳系统表面物理团队联合扬州大学、国科院温州研究院在国际知名期刊Advanced Science(IF:14.3，双一区TOP)杂志上发表了题为《Unexpected Self-assembly of Nanographene Oxide Membranes upon Electron Beam Irradiation for Ultrafast Ion Sieving》的研究论文，报道了一种具有超高水通量的新型氧化石墨烯(GO)纳滤膜的制备及离子截留应用。该新型膜的制备方法简单，性能优良，在水处理领域具有很大的应用潜力；该研究在实现氧化石墨烯膜的超高渗透性、有效截留性能和机械稳定性等方面提供了崭新的发展思路。
在海水淡化和污水处理应用中，纳滤膜技术以其能耗低、操作方便、环保等优点被广泛研究和使用。如何在保证膜材料精准筛分和高效截留性能的同时，实现水通量的有效提升，是该领域长久以来致力解决的关键问题之一。其中，氧化石墨烯纳米层(nGO，即横向尺寸约为100 nm或更小的单层或少层氧化石墨烯薄片)因其自组装而成的纳滤膜内具有更高密度水通道和更短的跨膜路径，被认为在提升水通量方面具有较大潜力。然而，如此小尺寸的nGO片层，彼此之间的相互作用强度较弱，难以形成具有稳定输运结构的纳滤膜，具体表现为:传统nGO片层形成的膜机械稳定性差，不耐摩擦；在水溶液浸泡下，会发生严重的溶胀，通道结构变形，尺寸变大，从而大大降低了离子截留性能。
该团队以氧化石墨烯悬浮液为原料，采用电子束辐照(EBI)和氨基水热法制备了平均尺寸约为100 nm的EBI-nrGO纳米薄片，通过真空过滤在微米孔径的衬底上实现了纳米级薄片的稳定自组装。所获新型EBI-nrGO纳滤膜的水通量高达819.1 LMH bar-1，透水性远超同类碳基膜材料，且其对多种不同价态的金属离子仍然保持着优异的截留效果。此外，团队对该膜进行了有机污染、高压过滤、酸碱环境、膜厚/浓度和机械稳定性等系列测试，相关结果都清楚地证明了该新型纳滤膜在多种复杂环境中，仍可维持超高的透水性和截留性能。机制上，AIMD理论计算表明，采用电子束辐照制得的EBI-nrGO薄片具有更多的羟基和丰富的芳香区，羟基在水溶液中诱导了大量层间氢键的形成，有利于实现了纳米薄片的稳定自组装；同时疏水性较好的芳香区扩张，有利于进一步提升水通量。
宁波大学为第一完成单位，李培博士(宁波大学)、涂育松教授(扬州大学)为通讯作者和共同通讯作者；代芳芳(该团队毕业研究生，现就职于国科院温州研究院)、顾宗林(扬州大学)为第一作者和共同第一作者，陈亮教授、江杰博士后、物理学2022级硕士研究生胡守远为参与作者。
原文链接:
//onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202404001