碳納米材料的堅固性及其超高滲透性在分離過程中引起了極大的研究興趣。然而，氧化石墨烯薄膜（GOms）的微觀結構不穩定，這種不穩定性會使其在錯流和施加液壓的條件下失效，使用壽命有限。這里，呈現了一種高度穩定的和超滲透性的沸石咪唑鹽骨架-8（ZIF-8）-納米晶體雜化的GOm（GO/ZIF-8），先采用冰模板法，隨后在納米片邊緣原位生長ZIF-8晶體制備得到納濾復合膜。 ZIF-8在微孔缺陷中的選擇性生長，使其層間間距變大，同時還賦予了層狀框架的機械完整性，從而產生了穩定的微觀結構，能夠在180 h內保持60 l m-2h-1 bar-1的透水性（比GOm高30倍)。此外，通過ZIF-8生長緩解微孔缺陷可將甲基藍分子的選擇性滲透提高六倍。采用低場核磁共振表征了該納濾復合膜的多孔結構，并確認ZIF-8的特定生長。這種調節膜微結構的技術為開發下一代納濾膜提供了重要的指導意義。
Figure 1. ZIF-8@f-Gom的制備和表征。a，ZIF-8@f-GOm制備示意圖。b–d，SEM橫截面。e，不同樣品的XRD圖。f，放大的SEM圖（左）和對應于不同深度時的Zn 元素的高分辨率XPS光譜。G不同樣品的電子衍射圖。
Figure 2. GO基膜的孔結構和ZIF-8生長機理。a-b，Brunauer–Emmett–Teller吸附等溫線，c，CO2分子探測到的孔徑分布。d，1H時域核磁共振光譜。e，精確控制ZIF-8納米顆粒在GO納米通道邊緣生長位置的策略示意圖。
Figure 3. 錯流條件下GO基膜的納濾性能。a-b，GO基膜滲透性的長期穩定性。c，水滲透性和MB阻隔。d，MB阻隔率和水滲透性與文獻進行比較。e，水流量與工作壓力之間的關系。
Figure 4. ZIF-8@f-Gom分離機制示意圖。a，1H時域核磁共振譜圖。b，ZIF-8@f-GOm分離機理示意圖和跨膜的水傳輸過程。c，GOm，f-GOm和ZIF-8@f-GOm表面的動態水接觸角。d，GO基膜表面電荷的近似值。e，中性電荷有機分子的分離過程。
該研究工作由北京工業大學安全福教授與美國耶魯大學Menachem Elimelech?等人，于2020年發表在Nat. Nanotechnol.期刊上。原文：Graphene oxide membranes with stable porous structure for ultrafast water transport。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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