近日，我校国家杂化材料技术国际联合研究中心（国家级“一中心两基地”）/杂化材料研究院在国际顶级期刊《ACS Nano》发表题为“BioinspiredGraphene Oxide Membranes withpH-Responsive Nanochannels for High-Performance Nanofiltration”的封面研究论文（该期刊为中科院分区1区TOP期刊，自然指数期刊，影响因子为15.881）。报道了该中心在碳基杂化纳滤膜领域采用纳米限域空间调控传质的原创性成果。该项研究工作的第一作者为材料科学与工程学院硕士研究生张志杰（指导教师：黄林军），通讯作者为我校黄林军教授、唐建国教授和美国加州大学洛杉矶分校的Jun Chen教授。青岛大学为第一通讯单位。

在膜分离领域，如何平衡膜的选择性和渗透性是该领域在国际上的一个难题。本研究工作，通过调控交联分子尺寸和构像变化，实现氧化石墨烯片层层间距和表面电荷的可控调节，以达到精确设计内限域传质纳米通道的目的，有望打破膜技术的离子选择性和渗透性的博弈效应（trade-off）效应，获得高性能的纳滤膜。该研究构筑具有尺寸和电荷双效应协同作用的氧化石墨烯杂化纳滤膜，然后测试其水渗透和分离性能，并研究pH响应特性下氧化石墨烯杂化纳滤膜的门控性能，最后在实验的基础上提出关于膜内纳米通道传输机制的合理解释。通过调控纳米通道尺寸和静电相互作用的协同效应使氧化石墨烯杂化膜具有可逆的门控规律，增强的渗透性和分子分离性能显示其在高性能纳滤领域的潜在应用价值。同时，该成果为设计和构建具有可控pH响应门控特性的氧化石墨烯杂化纳滤膜提供深刻见解，表明纳滤膜在广泛应用中的巨大进步。论文的主要创新点如下：（1）通过设计GO和GO-PEI不同的组分比对氧化石墨烯杂化膜的纳米通道尺寸和表面电荷进行调控，基于尺寸筛分和电荷选择双效应的协同作用，制备出具有快速水渗透和高分离性能的氧化石墨烯杂化纳滤膜；（2）通过测试展现了氧化石墨烯杂化纳滤膜的pH响应门控性能，并通过实验验证了膜内纳米通道尺寸和表面电荷随pH的变化对传质行为的影响机理。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c02719