科學家精確“裝訂”石墨烯膜

　　近日，中科院上海應用物理研究所方海平團隊提出并實現了通過水合離子精確控制石墨烯膜的層間距，展示出優異的離子篩分和海水淡化性能。相關成果已在線發表于《自然》雜志，并申請了相應的國內和PCTZL。

　　對于石墨烯納米片，要實現其層間距固定到1納米左右并精確到1/10納米這么小的尺度，其困難可想而知，更具挑戰的是，石墨烯膜在水溶液中還會發生溶脹，導致分離性能嚴重衰減。

　　研究人員提出了溶液中離子本身可以有效控制（氧化）石墨烯膜的層間距，并進行了相應的理論模擬計算加以驗證。同時利用上海光源的X射線小角散射、精細吸收譜以及紫外等表征手段證明了離子與石墨烯片層內芳香環結構之間存在水合離子相互作用。這樣的作用像“橋墩”一樣支撐石墨烯片層，精確控制了石墨烯膜的層間距，而不同大小的水合離子相當于不同大小的“橋墩”，進而對應于不同的層間距。

　　研究人員通過實驗成功實現并觀測到石墨烯膜與不同的離子溶液作用后具有特定的層間距，這樣的間距可以小到1納米左右，而不同離子對應的間距差異小于1/10納米；當石墨烯膜與水合直徑小的離子溶液結合后，具有更大水合直徑的離子就難以進入石墨烯膜。因此，通過離子選擇可以實現對石墨烯膜的層間距達1/10納米的精確控制。同時，通過系列水合離子控制的多石墨烯復合膜，從實驗上實現了不同離子間的精確篩分。