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SEP PURIF TECHNOL:氧化石墨烯層狀膜的分子間插層機理研究

     氧化石墨烯(GO)在各種應用領域都顯示出巨大的潛力,包括電化學性能,能量存儲,生物醫學技術和分離膜。單層GO片與單原子厚度可以很容易地制造或組裝成具有納米級層間距離堆疊的結構。這種獨特的層壓結構可用作高效的分離膜,可使分子選擇性地滲透通過GO納米片形成的互連網絡。目前,已經開發出廣泛的創新制備技術來制造獨立式或支撐式GO層壓膜。氧化石墨烯(GO)層狀膜在液相分離中的實際功能取決于層間溶劑化插層,但是,要從實驗技術中獲得有關GO膜多層結構的插層動力學、插入量和組成的定性信息非常具有挑戰性。
     南京工業大學楊曉甯、徐志軍課題組通過分子動力學模拟研究了乙醇-水混合物在氧化石墨烯層狀結構納米通道中的競争性插入/吸附行為。模拟結果表明,水和乙醇都可以自發插入GO通道,并且沒有高度選擇性的夾層插入。對于GO納米通道已經揭示了兩種插入機制。一般來說,大的乙醇比小的水更容易滲透。其機理可能與氧化石墨烯與乙醇分子的表面親和力增強有關。然而,對于具有高氧化度的較小的孔,由于孔篩作用,乙醇的插入受到限制。實驗分析了氧化石墨烯孔内乙醇-水混合物的濃度、封閉結構和擴散動力學;分析了限制在GO孔中的乙醇-水混合物的混合物濃度,約束結構和擴散動力學。
     研究結果不僅證明了GO納米孔分子插入的獨特的化學親和力和孔篩分離機制,而且為基于GO的層狀膜的分離過程提供了新的認識。預期該結果在GO納米材料的應用中具有重要的理論和實踐意義。相關研究成果以“1.Molecular interlayer intercalation of ethanol-water mixture towards GO laminated membranes”為題發表在《SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY》上。
DOI: 10.1016/j.seppur.2019.116029
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