表面氧功能控制金属离子通过氧化石墨烯膜的选择性传输

开发高效、选择性和可扩展的关键材料(包括锂和镁)分离技术对于满足日益增长的清洁能源技术需求和缓解国内供应链挑战至关重要。氧化石墨烯 (GO) 膜已显示出根据尺寸从混合溶液中分离离子的潜力。

虽然之前的研究使用 GO 膜进行基于尺寸的分离，但紫外线减少通过改变分离机制扩大了 GO 膜的潜在用途。这种修改方法允许研究人员通过一种不使用刺激性或特殊化学品的简单方法来调整 GO 膜的功能。

科学家发现，用紫外线 (UV) 光还原氧化石墨烯膜会改变氧化石墨烯表面的氧官能团。这种改变会产生一种不同的、类似色谱法的分离机制，这种分离机制对电荷而不是尺寸具有选择性。

较大的双电荷阳离子(例如钙离子)穿过膜的速度比较小的单电荷阳离子(例如锂离子)要快。这项研究发表在《化学工程杂志》上。

较小的锂阳离子比较大的阳离子(例如钙和镁)渗透UV-rGO膜的速度更慢，导致这些代表性阳离子之间的分离选择性提高了3到4倍。

紫外线照射选择性地从 GO 基面去除羟基 (-OH) 基团，从而增强金属阳离子与位于 GO 边缘的功能基团之间的相互作用。这导致溶液中自由移动锂的比例低于钙阳离子。针对 UV-rGO，提出了一种类似于色谱法的分离机制，强调了 GO 上不同氧基团在控制通过 GO 膜的选择性离子传输方面的关键作用。