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石墨烯材料助力海水淡化-糖果派对-金沙糖果派对官方网站

发布者: 糖果派对-金沙糖果派对官方网站发布时间:2020-10-01

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科学家们已顺利利用二维材料装配出了具备大于人造孔的海水脱盐装置,容许直径小于其缝隙本身的离子通过,超越了传统观念,为生产高通量水脱盐膜铺垫了道路。曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)的研究人员顺利地在一个尺寸仅有为几埃(0.1nm)的新型膜片上生产了小尺寸的狭缝。这使得需要研究各种离子到底如何通过这些微小的孔。

这些狭缝由石墨烯、六方氮化硼(hBN)和二硫化钼(MoS2)做成,并且令人惊讶的是,它容许直径小于其自身尺寸的离子再次发生渗入。这种尺寸排阻研究不利于更佳地理解类似于规模的生物过滤器如水地下通道蛋白的工作机理,从而有助研发用作海水脱盐和涉及技术的高通量过滤器。对于对流体及其过滤器不道德感兴趣的科学家来说,高效率地生产尺寸相似小离子和单个水分子的毛细管是一个终极但看起来很远的目标。研究人员仍然在企图仿真大自然再次发生的离子运输系统,但事实证明这是不更容易的。

用于标准技术和常规材料生产的地下通道意外受到材料表面固有粗糙度的容许,其尺寸一般来说比小离子的水合直径大最少十倍。今年早些时候,NGI研发的石墨烯氧化物派生膜受到相当大的注目,是新型过滤器技术的潜力运动员。这项利用新的工具2D材料的研究展出了从盐水中获取洗手饮用水的现实世界前景。

为了更佳地理解离子运输背后的基本机制,曼彻斯特大学的AndreGeim爵士领导的一个团队制作了原子尺寸的平缓狭缝,尺寸仅有为几埃。这些地下通道是化学惰性的,平均值壁薄为埃刻度。

研究人员在两块100纳米薄的石墨晶体板上生产了狭缝装置,这些石墨板是通过刨削大块石墨晶体取得的。然后在将另一块板放到第一块板上之前,在石墨晶体板的每个边缘摆放双层石墨烯和单层MoS2的二维原子晶体的矩形片。这样就获得了垫片厚度的间隙。“就像拿一本书,在每个边缘摆放两个火柴,然后再放上另一本书,”Geim说明说道,“这导致书籍表面之间的间隙,间隙的高度相等火柴的厚度。

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在我们的例子中,这些书是原子平缓的石墨晶体,火柴是石墨烯或MoS2单层。”这种装配靠范德华力融合在一起,狭缝大小与水地下通道蛋白的直径大致相同,这对活生物体至关重要。狭缝是有可能的大于尺寸,因为具备较薄间隔物的狭缝是不稳定的,并且有可能由于比较壁之间的更有而坍塌。

在将离子浸泡离子溶液中时,如果在其上产生电压,则离子不会流到狭缝,并且该离子流将包含电流。该团队通过狭缝测量离子电导率,找到离子可以在产生的电场下按预期的方式移动以通过狭缝。

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博士后研究员GopiKalon博士说明说道:“当我们仔细观察时,我们找到较小的离子较为小的离子移动得快得多,就像氯化钾。”第一作者AliEsfandiar博士补足说道:“传统的观点指出直径小于狭缝尺寸的离子无法渗入,但是我们的结果表明这种说明过于非常简单了。事实上,离子展现出得看起来硬网球,而不是软的台球,因此大离子依然可以通过——通过变形他们的水合层或者将其几乎开裂。这项公开发表在期刊Science上的新研究,指出这些新的仔细观察到的机制对用于尺寸排阻展开脱盐起着了关键作用,向生产高通量水脱盐膜迈进了关键一步。

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