中国团队巧用“冰点差异” 最新研究为二维膜分离材料装上“智能开关”
中新网北京7月16日电 (记者 孙自法)从“水结冰”这一常见现象出发，来自北京、香港、上海、杭州等地的多个中国科研团队通过合作研究，巧用“冰点差异”实现层间距有效调控，成功为二维膜分离材料——氧化石墨烯-高分子复合膜装上“智能开关”，开辟了一条全新的材料精密制造路径。
本项研究的层间距调控分子机制示意图。中国科学院理化所 供图这项标志着中国在二维膜分离材料领域取得重要突破、有望为解决水资源短缺和关键矿产资源供给问题提供新解决方案的科研成果，由中国科学院理化技术研究所(理化所)王健君、薛涵研究员团队联合香港城市大学曾晓成教授团队、北京师范大学方维海院士与朱重钦教授团队等共同完成，相关论文近日在国际学术期刊《自然》发表。
中国科学院理化所7月16日向媒体介绍，在二维材料片层之间的限域空间中，水的冻结温度会发生改变，远低于0℃。联合团队利用这一细微却关键的“冰点差异”，原创提出限域水/冰介导的“单体分子组装-高分子聚合固化时标分离”新方法，并且具有良好通用性。
在此基础上，他们采用“先组装控距、后聚合固距”的两步调控机制，破解了氧化石墨烯膜在水环境中“通量、选择性、稳定性”难以兼得的难题，发展出一种稳定和调控二维片层-高分子复合膜材料亚纳米通道的全新策略，进一步实现对水合直径差异小于0.1埃(1埃为百亿分之一米)的铷离子/钾离子的有效分离。
本项研究构建的氧化石墨烯二维片层-高分子复合膜材料。中国科学院理化所 供图在本项研究中，联合团队创新思路，巧妙利用膜层间限域水与膜外体相水的冰点差异，将原本相互耦合、难以独立控制的单体组装与聚合固化过程在时间上分离，形成“先组装控距、后聚合固距”的两步调控机制，同步实现氧化石墨烯膜层间距控制和通道结构稳定，从而使膜材料保持水分子快速传输和离子精确分离的特性。
同时，研究团队还结合大量实验与多尺度理论计算，揭示了纳米限域下分子组装、聚合固化及层间距调控的微观机制。
研究团队表示，他们最新发表的研究工作，不仅提供一种利用限域水相变实现反应过程时标分离的新方案，也可为二维片层复合膜分离材料的结构调控和性能优化提供新的理论与实验基础。(完)
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