氧化石墨烯（GO）膜由于兼具低摩擦渗水和独特的分子筛分能力而具有巨大潜力。然而，通过沉积法制得的GO膜的实际应用受到机械牢固性差的限制，这种限制是由传统的沉积制备法导致的。在此，我们报道了一种纳米结构的GO膜，具有很高的渗透性和机械强度。这种复合膜含有超薄GO纳米选择性膜（低至32 nm厚）和后合成的大孔载体层，该层在水中和实际渗透性测试下均具有出色的稳定性。我们精准优化了选择性层和支撑层，实现了前所未有的透水性（47L m^-2 hr^-1 bar^-1）和高保留率（水合半径大于4.9Å的溶质> 98％）。
 
 
 Figure 1. 纳米结构氧化石墨烯（T-FLO-GO）复合膜的示意图。常规方法：通过将GO悬浮液过滤到基材上来沉积GO膜（在复合结构中的粘附力最小）。本工作：使带有渗透性的多孔环氧涂层在GO纳米薄膜表面聚合，从而在复合材料内产生强粘合力。
 

Figure 2. GO薄片尺寸分布。（a）小GO薄片，（b）中等GO薄片（c）大GO片的TEM图像。（d）用于制造GO的GO薄片的AFM形貌图膜。（e）基于TEM分析的薄片尺寸分布。通过取Image J软件测量的每个薄片面积的平方根来估算薄片尺寸。
 

Figure 3. 具有不同GO层厚度的T-FLO-GO膜。SEM截面形貌和AFM膜厚度与铸造溶液中GO浓度的关系：（a）10 mg/g，（b）7.5 mg/g，（c）5 mg/g和（d）2.5 mg/g。在合成大孔载体层前后，GO层的厚度没有明显变化。所有膜都是用包含PIP：APIP摩尔比为9：1的支撑层制备的。
 

Figure 4. a）T-FLO-GO膜（带有32 nm厚的选择性层）上表面的XPS C1s谱。b）X射线衍射显示（001）峰发生偏移，因为GO膜中的选择性层在浸入水中后发生膨胀。c）分子筛分能力与溶质水合半径的关系。
 

Figure 5. 水中浸泡三天的对照样品的照片，对照样品在浸入水中之前已风干。对照在放入水中之前先风干。b）T-FLO-GO膜浸入
水中30天的照片。c）具有32nm厚的GO层和9：1的二胺比环氧涂层的T-FLO-GO膜的照片。
 

Figure 6. 具有可调复合结构的T-FLO-GO膜的渗透性。a）由一系列具有不同的二胺比率的环氧层制成的膜的横截面，比例尺1微米。 b）渗透率随环氧层配方的变化。c）分离性能与GO层厚度的关系（使用的厚度为32、65、97和131 nm）。
 
      本研究于2020年由加州大学洛杉矶分校的 Richard B. Kaner 课题组发表于Nano Letters （https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b03780）
原文：Nanostructured Graphene Oxide Composite Membranes with Ultra-permeability and Mechanical Robustness