石墨烯是由單層碳原子以蜂窩狀點陣組成的典型二維納米材料, 完美單層石墨烯對於任何分子均不能滲透, 是迄今為止厚度最薄且能分離不同兩相的隔膜材料. 而帶有納米孔的石墨烯則表現出優異的溶液離子和氣體分子選擇性, 在海水淡化, 汙水處理, 空氣淨化等領域具有廣闊的應用前景. 目前國際上已經發展了多種製備石墨烯納米孔的方法, 但是如何在大面積石墨烯樣品上快速製備高密度納米孔仍未得到有效解決. 近代物理所材料研究中心研究人員在聚合物納米孔研究基礎上, 發明了一種快速製備具有微孔支撐的大面積多孔石墨烯的新方法, 解決了當前多孔石墨烯研究中的瓶頸問題.
科研人員把大面積石墨烯轉移至PET膜上形成G/PET複合結構(圖A), 然後利用蘭州重離子加速器提供的高能重離子對G/PET複合結構進行輻照, 形成石墨烯納米孔並在PET中形成潛徑跡(圖B);再利用非對稱蝕法在PET中製備出錐形孔並形成具有微孔支撐的石墨烯納米孔(圖C). 該方法充分發揮了蘭州重離子加速器離子能量高, 穿透能力強的特點, 可方便, 快速地製備出具有微孔支撐的大面積, 孔密度可控的多孔石墨烯, 獲得了授權發明專利.
近日, 研究人員利用該方法成功製備出單個石墨烯納米孔, 精確研究了溶液中離子在納米孔的輸運特性, 發現石墨烯納米孔不僅具有良好的離子選擇性, 而且表現出巨大的離子整流效應, 該結果在微納流控器件開發和石墨烯納濾膜製備方面具有重要意義. 該研究得到國家自然科學基金和中科院青年創新促進會的支援, 研究成果發表在ACS Applied Materials & Interfaces上.