河北
本文要點
滲透蒸發為高精度工業所必需的高純度溶劑提供了一種選擇性制備途徑。本文介紹了一種通過納米多孔氧化石墨烯（NPGO）與GO納米片的異質共組裝獲得的結構工程化納米多孔氧化石墨烯膜（N-GOm）。NPGO納米片以納米多孔sp3碳域和氧官能團為特征，協同增強了水親和性，有效提升了水吸附能（Eads）。N-GOm集成了有缺陷的sp3/sp2異質堆疊空腔以促進水傳輸，有效提高了溶液自擴散系數（D），從而間接改善了擴散活化能（ED），而石墨化sp2堆疊區域則確保了結構穩定性并實現了精確的分子篩分。其中，熱交聯的rN-GOm實現了18.4 kg·m?2·h?1的卓越通量，凸顯了其在工業溶劑脫水中的應用潛力。這些互補的結構特性通過密集的篩分通道和互連的內部路徑實現了快速、高選擇性的傳輸，為碳微環境和堆疊結構如何調控超薄二維膜中的吸附與擴散提供了原子尺度的見解。
本文創新
2026年5月4日，比利時魯汶大學Bart Van der Bruggen教授團隊聯合華中科技大學袁書珊教授團隊，在國際頂級期刊《Nature Communications》上發表題為“結構工程化納米多孔氧化石墨烯膜用于溶劑脫水”（Solvent dehydration with structurally engineered nanoporous graphene oxide membranes）的研究論文，為高性能滲透汽化膜的設計提供了新思路。
- 提出了“異質共組裝”的膜構建新策略，以親水性、多孔的NPGO納米片疏水性、致密的GO納米片為共構建基元，主動設計膜內的納米結構。
- 成功構建了獨特的“sp3/sp2異質堆疊空腔”結構。其中，親水sp3域增強吸附并提供快速通道，疏水sp2域確保結構穩定與精確篩分，兩者界面處形成的納米空腔顯著降低了水傳輸阻力。
- 首次在實驗中實現了“吸附”與“擴散”的協同增益，打破了傳統膜過程的權衡關系。工程化膜（rN-GOm）在保持>99.4%高選擇性的同時，水通量達到18.4 kg·m?2·h?1，為傳統膜的3-10倍。
- 從能量角度闡明了性能提升的根源。通過理論與模擬證明，該結構使水吸附能提升約2.6倍，同時水的擴散能壘降低約40%，實現了“焓-擴散耦合”的新型傳輸機制。
- 建立了從最基礎的“碳原子雜化狀態（sp3/sp2）”這一微環境出發，通過結構工程調控宏觀性能的完整研究范式，為未來高性能分離膜的設計提供了清晰的原理指導。
圖文導讀
來源：環材膜域
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