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让石墨烯脱盐膜不容易缺损并改善其分离功能

American Association for the Advancement of Science

通过埋置支持性碳纳米管网络,研究人员研发了一种可改善纤薄石墨烯膜性能的方法,这种设计用于海水淡化的石墨烯膜因此而降低了碎裂或撕开并破坏整个脱盐系统的可能性。据对材料的测试显示,这种新型的石墨烯复合膜显示了先前无法达到的高透水性和分离盐的性能水平。一种理想的脱盐(将海水中的盐分去除以产生可饮用的淡水)材料应该是纤薄但又强韧到足以经受长期的使用,它应含有大小统一且均匀分布的用于离子有效分离的孔隙。纳米级孔隙的2D石墨烯非常适合于这一用途,它们在实验中展示了格外迅速有效的脱盐性能。然而,随着这些膜表面积的增加,它们变得容易出现缺陷和损坏,显著降低了它们分离水中不需要物质的能力。正因如此,超薄石墨烯纳米网材料的使用一直局限于应用细小的微米级片材的概念验证示范。该膜的实际应用尚有待实现。Yanbing Yang 和同事在此介绍一种新的制造石墨烯膜的方法,它能按比例克服这些在强度上的技术局限性。Yang等人研制了一种原子厚薄的石墨烯纳米网(GNM),后者通过互相交织的单壁碳纳米管(CNT)而得到加固。这种CNTs可物理性地分开GNM材料以形成一种结构框架(它与蜻蜓翼翅上的沃罗诺伊样细胞并无二致),后者能提供厘米尺度的机械稳定性。此外,CNT网络阻止了石墨烯的撕裂扩大,有效地将任何损坏局限于小面积。对该材料做进一步的测试显示其具有高度有效的脱盐能力。据Yang等人披露,因为生产大张用CNT加固的石墨烯并无根本性的局限性,因此这些膜或能轻松地按比例扩大至米级。在相关的《视角》中,Baoxia Mi指出,这项研究代表了一个“纳米孔隙石墨烯膜可按比例扩大的重大里程碑。”然而,Mi提出,尽管如此,在真实的脱盐系统世界中实施这一技术之前仍然还有一段路要走。

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