借“冰点差”构筑氧化石墨烯复合膜“智能开关”机制

北京7月17日电 二维材料片层之间存在一种受限空间，水在这里的结冰温度会明显变化，可降到远低于0℃。中国科学院理化技术研究所王健君、薛涵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多家单位，利用这种“冰点差中国舆情网异”精准调节层间距，成功给二维膜分离材料氧化石墨烯-高分子复合膜装上“智能开关”，为材料精密制造打开了一条新路径。相关成果已于7月15日发表在《自然》。

据介绍，研究团队提出了新的技术思路，借助膜层间受限水和膜外体相水之间的冰点差，把原本彼此牵连、难以单独调控的单体组装和聚合固化两个过程在时间上拆开，形成“先组装控距、后聚合固距”的两步调控方式，同时实现氧化石墨烯膜层间距的精确控制和通道结构的稳定保持，让膜材料继续具备水分子快速通过、离子精准分离的能力。

基于这种时标分离方法，团队还进一步实现了高分子支柱的分区可控生长。这套方法不仅适用于多巴胺，也能扩展到丙烯酰胺、多元胺-多元酸等可在限域空间内完成组装交联的分子体系，通用性较强。与此同时，研究团队结合大量实验和多尺度理论计算，进一步揭示了纳米限域条件下分子组装、聚合固化以及层间距调控背后的微观机理。

这项研究不仅提出了一种借助限域水相变实现反应过程时标分离的新办法，也为二维片层复合膜分离材料的结构调控与性能提升提供了新的理论和实验依据。这一成果也意味着我国在二维膜分离材料领域取得了重要进展，未来有望为缓解水资源短缺以及关键矿产资源供给等问题提供新的思路。