华东理工大学龙东辉教授课题组Nature子刊：超细MO/rGO纳米复合材料用于超高通量纳滤膜

通讯作者：Bo Niu；龙东辉

通讯单位：华东理工大学

石墨烯基膜具有革命性的纳滤技术的巨大潜力，但在高水通量下实现高溶质截留仍然是极具挑战性的。

基于此，华东理工大学龙东辉教授和Bo Niu通过一种多相成核和扩散控制生长过程，合成了一种超细金属氧化物/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合材料，用于制备纳滤膜。可提供225 L m-2 h-1 bar-1的透水性和高达98%的选择性。

图1. 超细ZnO/rGO纳米复合材料的合成与表征。

相关工作以“General synthesis of ultrafine metal oxide/reduced graphene oxide nanocomposites for ultrahigh-flux nanofiltration membrane”为题发表在Nature Communications上。

图2. 氧化石墨烯表面超细氧化锌纳米颗粒形成机理研究。

要点1. 该合成方法是利用氧化石墨烯表面的氧官能团作为多相成核的优先活性位点，形成亚3 nm大小、单分散和高密度负载的金属氧化物纳米颗粒。该合成方法适用于各种金属氧化物纳米粒子(如ZnO、CoO、CuO、MgO、Fe2O3、Nb2O5、CdO、La2O3、MoO3)和金属硫化物(如ZnS、MoS2纳米粒子)的锚定。

要点2. 锚定的超细纳米颗粒可以抑制还原氧化石墨烯纳米片的褶皱和堆积，形成高度稳定的胶体溶液，用于溶液加工制备纳滤膜。

要点3. 通过充当刚性支柱，纳米颗粒不仅增加了还原氧化石墨烯薄片之间的距离，而且还在二维纳米通道之间创建了狭窄曲折的路径，用于染料分子的尺寸隔离。所得膜具有高的水渗透性(225 L m-2 h-1 bar-1)和甲基蓝的选择性(高达98%)，是迄今为止报道的最有效的染料分离膜之一。

这项研究说明了刚性纳米颗粒作为间隔物的用途，以解决氧化石墨烯基膜的渗透选择性权衡，为下一代纳滤膜的设计提供了见解。

图3. GO表面超细ZnO纳米粒子形成的DFT计算。

图4.氧化锌/还原氧化石墨烯膜的表征。

图5. 氧化石墨烯膜和氧化锌/还原氧化石墨烯膜的分离机理和水分运移示意图。

链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28180-4