使用二維（2D）層狀膜精確和可選擇性地分離離子是一個新興的研究領域，其在水處理，海水淡化，傳感，仿生和能量存儲等領域都有潛在的應用。但是，大多數實驗是圍繞壓力或濃度驅動的分離過程來研究，而沒考慮離子種類的帶電性質。這里，通過對2D氧化石墨烯基（GO-基）膜施加電場，證明了通過改變電場極性或增加電場強度，可以增強離子選擇性。與傳統滲透實驗相反，選擇性不僅受限于膜本身，還可以通過改變施加的電場強度來調整。這里利用一價和二價鹽溶液，探究了兩種膜。第一種是傳統未修飾的GO膜，第二種是d間距受乙二胺（EDA）官能化限制的GO膜。分離單價離子時，使用EDA-GO膜其選擇性達到1.5–5，而GO膜對應的選擇性為1.3 – 3.56。使用密度泛函理論（DFT）計算，確定了EDA的存在可以增強K +和Na +絡合物的形成，促使局部層間距離錯亂。
Figure 1. 通過GO/EDA-GO膜優選吸附單價陽離子的示意圖。（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）示意圖說明了隨電場變化，d-間距調制跨膜陽離子流動，朝相同的方向移動。（c）GO和（d）EDA-GO膜的SEM圖。（e）GO和（f）EDA-GO膜在干燥狀態下的XRD結果。
Figure 3. 對于不同溶液（a-d）F1- F4，隨陽極電壓增加，對應分離因子的變化圖。
Figure 4. （a）EDA-GO結構和（b）K +，（c）Na +吸附的DFT計算。（d）這項工作中計算的結合能與參考文獻的相比較。
該研究工作由新加坡科技大學Hui Ying Yang課題組于2020年發表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Electric Field Modulated Ion-sieving Effects of Graphene Oxide Membranes。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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