北京皮肤科专科医院 https://m-mip.39.net/disease/mip_9278663.html纳米尺度约束下的流体输运涉及丰富的且未经探索的物理规律，但却是生物学以及与资源回收、能量储存和转换、催化和生物医学相关的各种新兴技术中的普遍存在的现象。尤其是在低于10nm的受限条件下，受限流体的传输可能会偏离连续介质的预期。这些异常行为的例子包括通过碳通道内的超快传输、离子库仑阻塞、极端限域约束下水的介电常数急剧下降以及亚纳米通道中的电压控制的流动电流。这些现象主要是在水系环境中观察到的，并进一步促进了人工离子通道、渗透能量收集，以及纳米管、水通道蛋白和二维膜等的一系列的技术的发展进步。同样有趣但探索得更少的是非水系液体的亚连续传输特性，如工业上相关的有机溶剂和碳氢化合物在分子大小的空隙或管道中的传输。了解和控制限域有机体系中的分子传输，将有助于为涉及非水系的一系列应用设计新技术，并带来诸如提高能源效率、工艺强化和减少废物等好处。近期在纳米多孔原子级厚度的薄膜方面的进展使得研究和控制在亚纳米限制下的最小孔隙中的传输成为可能。原子级厚度薄膜的二维结构便于孔隙结构的表征，避免了由于结构的复杂性和成分的异质性带来的对膜材料中传输理解的阻碍。在膜上创造高密度纳米孔（大约10^12cm-2）能提高分子渗透率，易于通过体相的测量来探测，而无需借助于微加工设备。此外，这种膜通常表现出较高的机械强度和广泛的化学兼容性，与传统的聚合物膜材料相比，具有更高的稳定性，在恶劣的化学环境和极端的操作条件下，不会出现溶解或膨胀等不良变化。因此，纳米多孔原子级厚度的薄膜是一个很有潜力的研究平台，可以研究有机体系中极端限制条件下的分子传输，并有可能在技术上转化为有用的膜分离。在本文中，作者设计了一种溶剂兼容的纳米多孔原子级厚度的石墨烯薄膜，揭示了在各种有机液体中与分子尺寸相关的传输，并阐述了通过有机溶剂纳滤进行的分子分离。
图1溶剂相容的原子级厚度的纳米多孔石墨烯薄膜的设计与结构。a.单层石墨烯PITEM多孔支持物上的光学图像，记为PITEM(50)。b,c.PITEM(50)和PITEM(20)（孔径为20纳米）上的石墨烯的SEM图像。e.通过纳米多孔石墨烯膜的传输途径和相应的流动阻力的简化图示。P和R分别表示压力和对压力驱动的流体流动的阻力。f.通过离子辐照进行纳米孔成核的示意图。在化学蚀刻过程中，靠近的离子辐照点的位置可以通过几个孔的重叠或合并（形成孔簇）的方式产生更大的孔隙。
图2溶质在原子级厚度的纳米多孔石墨烯膜上的扩散情况。a.乙醇中溶质在不同刻蚀时间石墨烯膜上扩散和分子量之间的关系。b.通过不同刻蚀时间制备的纳米多孔石墨烯膜的由溶剂调节的选择性溶质扩散。
图3通过原子级厚度的纳米多孔石墨烯膜的亚连续压力驱动的液体流动。a,c,由PITEM(50)(a)和PITEM(20)(c)支撑的不同的造孔条件下制备的纳米多孔石墨烯膜的渗透率-粘度图。b,d.PITEM(50)(b)和PITEM(20)(d)支撑的纳米多孔石墨烯膜的粘度和渗透率的乘积和最小可渗透溶剂直径Pd*的关系图。
图4扩散和压力驱动实验证明了原子级厚度的纳米多孔石墨烯膜的稳定性。a.RB和SD混合液在乙醇中通过裸PITEM(50)和PITEM(50)_G_45-minetch扩散1h的紫外数据。b.在将膜暴露于丙酮或己烷中12小时之前和之后，测量de(a)中膜在乙醇中SD相对于RB的选择性。c.在没有离子辐照或蚀刻（PITEM(50)_G）和有孔产生（PITEM(50)_G_20-minetch）的情况下，纯溶剂通过石墨烯膜的压力驱动渗透稳定性。
图5通过原子级厚度的纳米多孔石墨烯膜的有机溶剂的纳滤。a.进料侧（乙醇中稀释的RB）和通过PITEM(50)_G_20-minetch的渗透侧溶液紫外吸收图谱。b,进料侧（在丙酮中稀释的2,2-二甲基丁烷、正己烷和环己烷）和过PITEM(50)_G_20-minetch的渗透侧溶液的气相色谱图。c.通过界面聚合在造孔之前选择性地密封石墨烯的撕裂和缺陷的示意图。d.通过各种膜在乙醇（绿色符号）和甲醇（蓝色符号）中对RB进行有机溶剂纳滤时的截流率与渗透率的关系图。
文献来源：Molecularsize-dependentsubcontinuumsolventpermeationandultrafastnanofiltrationacrossnanoporousgraphenemembranes.DOI:10./s---0
本期投稿：LQH
本期编辑：LQH
版权所属，转载请注明。
意深才浅，拙著多有不足;
不妨留步，说说您的看法。
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
