擁有高透水性和精確分子分離的可調門控氧化石墨烯膜（GO）在智能納濾設備中具有重要的應用。在該項工作中，受腎小球過濾功能的生物啟發，將帶正電荷的聚乙烯亞胺接枝的GO（GO-PEI）引入到帶負電荷的GO納米片，構建了智能且高性能的GO膜。結果發現，添加的GO-PEI組分改變了表面電荷，改善了親水性，擴大了納米通道。球狀石墨烯氧化膜（G-GOM）的水滲透率高達88.57L m−2 h−1 bar−1，相當于傳統GO膜的4倍，這將歸因于擴大的受限納米通道。同時，由于靜電相互作用，在pH 12時能選擇性地去除帶正電荷的亞甲基藍，在pH 2時能選擇性去除帶負電荷的甲基橙，去除率達96%以上。高循環透水性和高選擇性有機去除性能可歸因于可控的納米通道尺寸和可調靜電相互作用對環境pH響應的協同效應。該策略為設計具有可調選擇性的pH響應門控膜提供了思路，意味著智能納濾技術的巨大進步，具有廣泛的應用前景。
Figure 1. 氧化石墨烯薄膜的制備。（a）腎臟中腎小球發生過濾功能，（b）氧化石墨烯薄膜制備過程示意圖，（c-d）XPS光譜，（e-f）頂視及橫截面SEM圖，（g-h）5p-nGOM的AFM圖。
Figure 2. 具有pH響應納米通道氧化石墨烯膜用于高性能納濾。（a）水接觸角和表面粗糙度，（b）純水滲透性和對羅丹明B染料的排斥性，（c）nGOM和5p-nGOM在不同pH下的水滲透性，（d）GOM和5p-nGOM對MnB (+)和MO(-)的排斥性，（e）將MnB和MO的進料溶液和通過5p-nGOM 膜過濾，（f）GOM和5p-nGOM的門控比率。
Figure 3. pH響應納米通道氧化石墨烯膜的機理。（a）GO和GO-PEI的XRD圖譜。（b）GO和GO-PEI組分的ζ電位。(c) 5p-nGOM浸泡在pH 2和12溶液中的XRD圖案。（d）對pH響應的納米通道示意圖。
Figure 4．氧化石墨烯薄膜的應用性能。(a)5p-nGOM的循環滲透門控性能，（b）5p-nGOM的透水性與單位面積載量的函數關系，(c) 5p-nGOM膜的穩定性測試，在水溶液中浸泡30天，（d）透水性和分子分離性能。
該研究工作由加州大學Jun Chen，青島大學Linjun Huang 和Jianguo Tang課題組于2021年發表在ACS NANO期刊上。原文：Bioinspired Graphene Oxide Membranes with pH-Responsive Nanochannels for High-Performance Nanofiltration。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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