通过堆叠二维氧化石墨烯(GO)合成的膜在有机溶剂纳米过滤中具有广阔的应用前景。然而,有机溶剂纳米过滤中的GO叠层膜的性能会受到其溶胀和层间间距的显著影响,这尚未得到系统的表征。
有鉴于此,加州大学伯克利分校Baoxia Mi教授报道了通过液相椭圆偏光法实验,表征了在不同有机溶剂中GO叠层膜的层间距。
文章要点
1)为了阐明溶胀机理,研究人员通过实验确定了GO的溶解度参数,并用数学方法预测了GO与溶剂之间的汉森溶解度距离,其是GO溶胀和层间间距的良好预测指标。具有小的溶解距离的溶剂(例如,二甲基甲酰胺,N-甲基-2-吡咯烷酮)倾向于引起显著的GO溶胀,导致层间间距最大为2.7nm。溶解距离大于9.5的溶剂(例如,乙醇,丙酮,己烷和甲苯)只会引起较小的溶胀,因此能够保持约1 nm的层间距。
2)具有高溶解度距离的溶剂中的GO膜表现出良好的分离性能。例如,可排斥乙醇和丙酮中90%以上的小有机染料分子(如若丹明B和亚甲基蓝)。另外,具有大溶解度距离的溶剂会导致GO通道中的滑移速度加快,从而导致通过GO膜的溶剂流量较高。总之,GO膜在不同于GO的溶剂(即具有高溶解度距离的溶剂)中表现更好。
Sunxiang Zheng, et al, Correlating Interlayer Spacing and Separation Capability of Graphene Oxide Membranes in Organic Solvents, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c01550
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01550