我国科学家在石墨烯研究领域取得重要进展

图：离子精确控制氧化石墨烯膜的层间距。a：GO膜在K+离子控制层间距后，截留其他离子而水分子可以通过的示意图；b：滴涂法制备的GO膜；c：GO膜的层间距。分别浸泡于纯水、各种0.25M浓度盐溶液；d：GO膜的层间距。在KCl溶液先处理后，再后续加入其他盐溶液浸泡。

　　在国家自然科学基金项目（项目编号：11025526, 11290164, 11722548,21490585,41430644)等资助下，上海大学吴明红教授团队、中国科学院上海应用物理研究所方海平教授团队、南京工业大学金万勤教授团队以及浙江农林大学的研究人员发挥各自优势，经过联合攻关，在石墨烯研究领域取得重大突破，研究成果以“Ion Sieving in Graphene Oxide Membranes via Cationic Control of Interlayer Spacing”（离子精确控制石墨烯膜用于离子筛分）为题，于2017年10月9日在Nature（《自然》）上在线发表。论文链接http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature24044.html。

　　该研究创新性地提出并实现水合离子自身精确控制石墨烯膜的层间距，展示其出色的离子筛分和海水淡化性能，并通过理论计算、上海光源的X射线小角散射和精细吸收谱实验阐明机理。

　　将石墨烯膜中的片层有序化并精确的控制片层间距离，是石墨烯在海水的脱盐和污水净化、气体和离子分离、生物传感、质子导体、锂电池和超级电容等领域应用中的关键。该研究工作基于水合离子-π作用较强地吸附，将上下两片氧化石墨烯片牢牢“装订”在一起。在实验中，研究团队成功实现并观测到石墨烯膜与不同的离子溶液作用后确有特定的层间距，间距约一纳米左右，不同离子对应的间距差异小于一埃；当石墨烯膜与水合直径小的离子结合后，具有更大水合直径的离子就难以进入该膜。研究团队还设计制备一系列水合离子控制的多孔陶瓷石墨烯复合膜，从实验上实现不同离子间的精确筛分；经过钾离子（具有最小水合直径）溶液处理的石墨烯膜能阻止水合钾离子自身的进入，有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子，表明该膜具有很好的离子筛分性能。