核孔膜因其孔徑分佈均一、孔道高度平行且貫通、孔道尺寸和密度方便可調等優點,已被應用於水處理、藥物篩分、分子檢測、納米材料製備等領域。然而,常規的化學蝕刻方法難以獲得具有較小孔徑(小於4納米)的核孔膜,使其在離子分離和精准過濾方面受到嚴重限制。
近日,中科院近代物理研究所資料研究中心的科研人員採用重離子輻照科技,結合紫外光敏化和脈衝電場蝕刻,在PC膜中可控制備出平均孔徑小於2.4—9.7埃的亞納米孔道。
研究表明,所製備出的亞納米孔道不僅具有良好的陽離子選擇性,而且表現出電壓啟動的離子非線性傳輸行為,該行為不同於傳統化學蝕刻核孔膜的歐姆型離子輸運形式。在離子分離實驗中,具有亞納米孔道的核孔膜表現出優异的離子分離效能,其Li+:Mg2+:La3+分離率高達3230:85:1。
利用該方法製備亞納米孔道分離膜,不僅製備工藝簡單可控,而且所製備出的分離膜具有良好的離子選擇性。該工作既為限域傳質分離膜的研究提供了新思路,也將進一步推動聚合物多孔膜在海水和鹽湖資源有效選取等方面的應用。
該工作得到國家自然科學基金、科技部重點研發計畫和中科院前沿重點專案的支持。相關成果發表在國際化學領域期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。
文章連結:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c22689
圖:(a)亞納米孔道製備流程圖;圖(b)亞納米多孔道電壓啟動型I-V曲線;圖(c)離子滲透率和選擇性與孔徑關係。
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