近日，迪肯大学先进材料研究院类伟巍副教授、刘丹研究员联合昆士兰理工大学寇良志博士利用等离子技术实现了氧化石墨烯薄膜表面胺基功能化，并发现功能化后的氧化石墨烯薄膜具有良好的离子筛分性能，可应用于海水淡化。

　　图1. 胺基化氧化石墨烯膜的制备和表征。

　　研究人员直接于多孔阳极氧化铝薄膜上抽取200 nm厚度的氧化石墨烯薄膜，并用以等离子技术进行表面改性，通过EDS表征发现，改性后的氧化石墨烯薄膜表面具有丰富的含氮官能团。

　　图2. 红外图谱和XPS定量分析。

　　通过分析红外光谱结果发现，随着等离子处理时间的增长，1200 cm-1 左右处出现了C-N峰强增大，同时在1580 cm-1 出现了新峰，这个新产生的化学信号来自于胺基的N-H振动。通过分峰拟合发现，随着处理时间的增长，胺基含量伴随着羧基的减少而增加。根据以往报道发现，胺基在水溶液中能够质子化并依靠静电作用力排斥同种电荷的离子或者染料分子。另外，透过XPS分析发现，伴随着氧化石墨烯表面胺基化的过程，大量的极性氮原子（-C=N-C和-C-NH-C）被引入到薄膜表面。研究表明，这类极性氮原子能够表现出强烈的负电性，因此能够吸引具有正电荷的离子或者分子。

　　图3. 离子传输，离子分离机制和DFT结合能模拟计算。

　　通过研究不同阳离子的传输行为发现，胺基功能化后的氧化石墨烯薄膜具有优异的单价/二价阳离子筛分特点。在一元体系中，改性后的氧化石墨烯薄膜具有高达90的离子选择性，在二元溶液中离子选择系数也能保持在28左右。高选择性归结于金属阳离子和质子化后的胺基和极性氮原子的交互作用。第一性原来模拟结果表明，不同阳离子与极性氮原子具有不同的结合能，这种结合能的差异导致了离子选择性。

　　图4. 具有胺基功能化氧化石墨烯薄膜的脱盐应用。

　　功能化氧化石墨烯薄膜在海水淡化方面也有很好的应用前景。测试结果表明，改性后的氧化石墨烯薄膜不仅具有长期稳定性，更具有高效的水/盐选择性。通过进一步降低薄膜厚度，能够在不损失截盐效果的前提下得到较高的水通量。通过等离子技术对氧化石墨烯薄膜表面进行胺基化修饰，可以实现氧化石墨薄膜的离子筛分。该方法同时兼具了操作简单，成本低廉等特点，为其他二维材料表面修饰和功能化提供了新思路。

　　相关研究近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章第一作者为迪肯大学先进材料研究院钱翊钧，通讯作者为类伟巍副教授、刘丹研究员和寇良志博士。

　　Enhanced Ion Sieving of Graphene Oxide Membranes via Surface Amine Functionalization

　　Yijun Qian, Jing Shang, Dan Liu*, Guoliang Yang, Xungai Wang, Cheng Chen, Liangzhi Kou*, and Weiwei Lei*

　　J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 5080–5090, DOI: 10.1021/jacs.1c00575

　　文章来源：X-MOL资讯