浙江工業大學張國亮教授團隊《J.Mater.Chem.A》:手性放大!發明...

2020-11-28 騰訊網

本文要點：

一種新穎而簡便的協作分子聚合方法，通過手性擴增可自組裝堅固的納米結構GO納濾膜，具有異常的穩定性和出色的選擇性。

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成果簡介

石墨烯材料被認為是堅固的材料，並且氧化石墨烯（GO）膜具有很大的分離潛力。然而，由於靜電排斥，最先進的膜容易崩解。本文，浙江工業大學膜分離與水科學技術研究院張國亮教授團隊在《Journal of Materials Chemistry A》期刊發表名為「Self-assembly of robust graphene oxide membranes with chirality for highly stable and selective molecular separation. 」的論文，開發了利用手性放大自然原理，創新性地研究開發出協同分子聚合法（Cooperative Molecular Polymerization），將手性聚合物分子首次引入氧化石墨烯層間、自組裝製備出在液體分離中性能超穩定、結構超堅固的手性氧化石墨烯納濾複合膜（rGO/PLDA）。

當GO納米片被手性化合物高度交聯時，可以有效解決滲透選擇性和穩定性之間的難題。通過合作效應，手性可以調整GO納米片的間距並在GO層之間創建許多手性位點，從而在GO納米片中誘導非手性片段形成複雜的納米結構。由於手性客體和主體納米片之間的強烈相互作用，該複合膜表現出不同尋常的機械性能和穩定性，對超聲波和水的浸透性具有極強的抵抗力，同時具有出色的滲透選擇性。製備的rGO / PLDA膜不僅對帶負電荷的分子和對帶正電荷的分子都具有很高的選擇性，而且可以在長期錯流過濾中穩定運行。通過改變手性聚合物的類型和含量，可以實現具有預期納米結構的目標複合膜。該策略為廣泛的實際工程應用提供了一種設計不同層狀膜材料的簡便方法。

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圖文導讀

圖1、手性材料的「將軍與士兵」現象及協同分子聚合法製備超穩定氧化石墨烯膜

方案1 通過使用手性擴增的協同分子聚合反應誘導的堅固的納米結構GO膜的製造示意圖

圖2 （a）rGO / PLDA複合膜的數字照片，其中GO納米片塗在CA支撐物上，可以扭曲和摺疊。（b）在水中浸泡一段時間後的N0（棕色）和N1（黑色）膜的照片。（c）分別超聲處理2分鐘和120分鐘的N0和N1膜的圖片。

圖3（a）LDA和rGO / PLDA膜的CD光譜。（b）N0膜和不同的rGO / PLDA膜的機械性能。（c和d）N1膜表面和橫截面的EDX分析。

圖4、（a）製備的膜的厚度和溶脹距離。（b）已報導的基於GO的納濾膜的穩定性比較。（c）長期測試N1膜的連續染料分離性能（1.0 bar）。（d）使用1 mM KCl電解液在不同pH值下N0和N1膜表面的Zeta電位。插圖顯示了N1膜對不同類型染料的排斥

圖5、平衡計算後，兩個rGO納米片之間的手性PLDA分子無定形單元的三維視圖。非晶態電池的放大部分顯示了可能的rGO與PLDA相互作用，包括氫鍵，離子鍵和共價鍵。

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小結

總而言之，開發出一種簡便，經濟和環保的途徑，通過採用手性擴增的合作分子聚合策略，可以自組裝堅固的納米結構GO納濾膜，具有異常的穩定性和出色的選擇性。通過便捷的手性放大製備即可得到具有多種功能的納米級分子篩分膜，並且價格低廉，容易量產，該方法還可進一步延伸用於其他層狀和二維膜功能材料的開發，工業化應用前景十分廣闊。

文獻

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