河北
本文要點
滲透蒸發(fā)為高精度工業(yè)所必需的高純度溶劑提供了一種選擇性制備途徑。本文介紹了一種通過納米多孔氧化石墨烯（NPGO）與GO納米片的異質(zhì)共組裝獲得的結(jié)構(gòu)工程化納米多孔氧化石墨烯膜（N-GOm）。NPGO納米片以納米多孔sp3碳域和氧官能團為特征，協(xié)同增強了水親和性，有效提升了水吸附能（Eads）。N-GOm集成了有缺陷的sp3/sp2異質(zhì)堆疊空腔以促進水傳輸，有效提高了溶液自擴散系數(shù)（D），從而間接改善了擴散活化能（ED），而石墨化sp2堆疊區(qū)域則確保了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并實現(xiàn)了精確的分子篩分。其中，熱交聯(lián)的rN-GOm實現(xiàn)了18.4 kg·m?2·h?1的卓越通量，凸顯了其在工業(yè)溶劑脫水中的應(yīng)用潛力。這些互補的結(jié)構(gòu)特性通過密集的篩分通道和互連的內(nèi)部路徑實現(xiàn)了快速、高選擇性的傳輸，為碳微環(huán)境和堆疊結(jié)構(gòu)如何調(diào)控超薄二維膜中的吸附與擴散提供了原子尺度的見解。
本文創(chuàng)新
2026年5月4日，比利時魯汶大學(xué)Bart Van der Bruggen教授團隊聯(lián)合華中科技大學(xué)袁書珊教授團隊，在國際頂級期刊《Nature Communications》上發(fā)表題為“結(jié)構(gòu)工程化納米多孔氧化石墨烯膜用于溶劑脫水”（Solvent dehydration with structurally engineered nanoporous graphene oxide membranes）的研究論文，為高性能滲透汽化膜的設(shè)計提供了新思路。
- 提出了“異質(zhì)共組裝”的膜構(gòu)建新策略，以親水性、多孔的NPGO納米片疏水性、致密的GO納米片為共構(gòu)建基元，主動設(shè)計膜內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)。
- 成功構(gòu)建了獨特的“sp3/sp2異質(zhì)堆疊空腔”結(jié)構(gòu)。其中，親水sp3域增強吸附并提供快速通道，疏水sp2域確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與精確篩分，兩者界面處形成的納米空腔顯著降低了水傳輸阻力。
- 首次在實驗中實現(xiàn)了“吸附”與“擴散”的協(xié)同增益，打破了傳統(tǒng)膜過程的權(quán)衡關(guān)系。工程化膜（rN-GOm）在保持>99.4%高選擇性的同時，水通量達到18.4 kg·m?2·h?1，為傳統(tǒng)膜的3-10倍。
- 從能量角度闡明了性能提升的根源。通過理論與模擬證明，該結(jié)構(gòu)使水吸附能提升約2.6倍，同時水的擴散能壘降低約40%，實現(xiàn)了“焓-擴散耦合”的新型傳輸機制。
- 建立了從最基礎(chǔ)的“碳原子雜化狀態(tài)（sp3/sp2）”這一微環(huán)境出發(fā)，通過結(jié)構(gòu)工程調(diào)控宏觀性能的完整研究范式，為未來高性能分離膜的設(shè)計提供了清晰的原理指導(dǎo)。
圖文導(dǎo)讀
來源：環(huán)材膜域
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