新加坡科技大学Hui Ying Yang课题组--电场调制氧化石墨烯膜的离子筛分效应

使用二维（2D）层状膜精确和可选择性地分离离子是一个新兴的研究领域，其在水处理，海水淡化，传感，仿生和能量存储等领域都有潜在的应用。但是，大多数实验是围绕压力或浓度驱动的分离过程来研究，而没考虑离子种类的带电性质。这里，通过对2D氧化石墨烯基（GO-基）膜施加电场，证明了通过改变电场极性或增加电场强度，可以增强离子选择性。与传统渗透实验相反，选择性不仅受限于膜本身，还可以通过改变施加的电场强度来调整。这里利用一价和二价盐溶液，探究了两种膜。第一种是传统未修饰的GO膜，第二种是d间距受乙二胺（EDA）官能化限制的GO膜。分离单价离子时，使用EDA-GO膜其选择性达到1.5–5，而GO膜对应的选择性为1.3 – 3.56。使用密度泛函理论（DFT）计算，确定了EDA的存在可以增强K +和Na +络合物的形成，促使局部层间距离错乱。

Figure 1. 通过GO/EDA-GO膜优选吸附单价阳离子的示意图。（b）CDI电池的分解图以及各部分组件。

Figure 2.（a）从PTFE膜过滤器分离EDA-GO膜的照片。（b1）示意图显示了GO/EDA-GO膜。（b2）示意图说明了随电场变化，d-间距调制跨膜阳离子流动，朝相同的方向移动。（c）GO和（d）EDA-GO膜的SEM图。（e）GO和（f）EDA-GO膜在干燥状态下的XRD结果。

Figure 3. 对于不同溶液（a-d）F1- F4，随阳极电压增加，对应分离因子的变化图。

Figure 4. （a）EDA-GO结构和（b）K +，（c）Na +吸附的DFT计算。（d）这项工作中计算的结合能与参考文献的相比较。

该研究工作由新加坡科技大学Hui Ying Yang课题组于2020年发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Electric Field Modulated Ion-sieving Effects of Graphene Oxide Membranes。