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陈亮博士以第一作者在《自然》发表论文
【发布日期: 2017-10-11】 【来源: 】 【作者:】 【编辑:王莉波】 【点击量:

10月9日,我校理学院陈亮博士以第一作者在《自然》杂志上发表了题为《Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing》(《通过阳离子控制层间距实现氧化石墨烯膜的离子筛选》)(DOI:10.1038/nature24044)学术论文,这是我校教师发表高水平学术论文的新突破。

该论文提出并实现了用水合离子自身精确控制石墨烯膜的层间距,展示了其出色的离子筛分和海水淡化性能,并用理论计算、上海光源的X射线小角散射(BL16B1)和精细吸收谱(BL14W1)实验阐明了机理。相关研究成果,解决了氧化石墨烯膜在水处理、离子/分子分离以及电池/电容等前沿研究领域中的重大难题,为其进一步应用提供了重要的理论和实验基础。

据介绍,对像纸一样的石墨烯纳米片,要精确“装订”成石墨烯膜,保证其层间距固定并精确到十分之一纳米的尺度,非常困难。更具挑战的是,石墨烯膜在水溶液中还会发生溶胀导致分离性能严重衰减。该工作证明了离子与石墨烯片层内芳香环结构之间存在水合离子-π相互作用。这种作用像“桥墩”一样支撑石墨烯片层,精确控制了石墨烯膜的层间距,而不同大小的水合离子相当于不同大小的“桥墩”,进而对应于不同的层间距。对于具有最小水合直径的钾离子,由于钾离子的水合层较弱,进入石墨烯膜后水合层发生形变,导致特别小的层间距。这样,经过钾离子溶液浸泡的石墨烯膜能阻止水合钾离子自身的进入,有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子,同时还能维持水分子通过,实现一边是离子溶液一边是纯水的水处理效果。

相关研究工作由中国科学院上海应用物理研究所、上海大学、南京工业大学和浙江农林大学的研究人员发挥各自优势合作完成,得到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部、上海光源以及上海超算中心、中国科学院北京超算中心和广州超算中心的资助。

 

陈亮博士,2002年7月进入我校工作,现为理学院物理系教师。长期以来,主要研究碳纳米材料在环境中的应用、有机污染物处理、重金属污染处理、海水淡化等应用研究以及碳纳米材料的理论机制的基础研究。已在国内外学术期刊发表论文30多篇。研究工作成果已发表在《自然》(Nature)、《物理化学》(J Phys Chem C (ACS) )、《科学报告》 (Scientific Reports) 等国际权威杂志上,申请国际、国内发明专利多项。

论文链接http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature24044.html

(新闻中心 理学院)

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