使用二維（2D）層狀膜精確和可選擇性地分離離子是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，其在水處理，海水淡化，傳感，仿生和能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用。但是，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)是圍繞壓力或濃度驅(qū)動(dòng)的分離過(guò)程來(lái)研究，而沒(méi)考慮離子種類的帶電性質(zhì)。這里，通過(guò)對(duì)2D氧化石墨烯基（GO-基）膜施加電場(chǎng)，證明了通過(guò)改變電場(chǎng)極性或增加電場(chǎng)強(qiáng)度，可以增強(qiáng)離子選擇性。與傳統(tǒng)滲透實(shí)驗(yàn)相反，選擇性不僅受限于膜本身，還可以通過(guò)改變施加的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)調(diào)整。這里利用一價(jià)和二價(jià)鹽溶液，探究了兩種膜。第一種是傳統(tǒng)未修飾的GO膜，第二種是d間距受乙二胺（EDA）官能化限制的GO膜。分離單價(jià)離子時(shí)，使用EDA-GO膜其選擇性達(dá)到1.5–5，而GO膜對(duì)應(yīng)的選擇性為1.3 – 3.56。使用密度泛函理論（DFT）計(jì)算，確定了EDA的存在可以增強(qiáng)K +和Na +絡(luò)合物的形成，促使局部層間距離錯(cuò)亂。
Figure 1. 通過(guò)GO/EDA-GO膜優(yōu)選吸附單價(jià)陽(yáng)離子的示意圖。（b）CDI電池的分解圖以及各部分組件。
Figure 2.（a）從PTFE膜過(guò)濾器分離EDA-GO膜的照片。（b1）示意圖顯示了GO/EDA-GO膜。（b2）示意圖說(shuō)明了隨電場(chǎng)變化，d-間距調(diào)制跨膜陽(yáng)離子流動(dòng)，朝相同的方向移動(dòng)。（c）GO和（d）EDA-GO膜的SEM圖。（e）GO和（f）EDA-GO膜在干燥狀態(tài)下的XRD結(jié)果。
Figure 3. 對(duì)于不同溶液（a-d）F1- F4，隨陽(yáng)極電壓增加，對(duì)應(yīng)分離因子的變化圖。
Figure 4. （a）EDA-GO結(jié)構(gòu)和（b）K +，（c）Na +吸附的DFT計(jì)算。（d）這項(xiàng)工作中計(jì)算的結(jié)合能與參考文獻(xiàn)的相比較。
該研究工作由新加坡科技大學(xué)Hui Ying Yang課題組于2020年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Electric Field Modulated Ion-sieving Effects of Graphene Oxide Membranes。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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