發表日(rì)期：2017-05-18 11:55文(wén)章(zhāng)編輯：國初科(kē)技(jì)瀏覽次數： 標簽：
據膜分(fēn)離技(jì)術交流微(wēi)信公眾平臺2017年(nián)5月(yuè)17日₩(rì)訊 通(tōng)過多(duō)孔膜和(hé)離子(zǐ)通(tōng)道(dào)時如(rú)何獲得(de)較高(gāo)的(de)離子(zǐ)遷移率對于儲能(₽néng)和(hé)海(hǎi)水(shuǐ)淡化(huà)等許多(duō)應用(yòng)都(dōu)有(yǒu)極為重要(yào)的(de)作(zuò)用(yòng)。一<(yī)個國際團隊將“白(bái)色石墨烯”——氮化(huà)硼（boron nitride，BN）應用(yòng)于膜的(de)制(zhì)備中，±取得(de)了(le)顯著的(de)導電性能(néng)的(de)提高(gāo)、90℃的(de)熱穩定性以及化(huà)學穩定性。 相(xiàng)關的(de)研究成果《High and stable ionic conductivity in 2D nanofluidic ion channelsbetw÷een boron nitride layers》發表于JACS（Journal of the American Chemical Society，《美±(měi)國化(huà)學會志(zhì)》）雜志(zhì)，第一(yī)作(zuò)者Si Qin，通(tōng)訊λ作(zuò)者為澳大(dà)利亞迪肯大(dà)學尖端材料研究所的(de)Weiwei Lei和(hé)Ying Chen教↓授，DOI: 10.1021/jacs.6b11100
氮化(huà)硼納米片通(tōng)常是(shì)親水(shuǐ)性的(de)，該團隊在過濾過程中利用(yòng)納米片的(de)相(xiàng)≈互作(zuò)用(yòng)讓其在水(shuǐ)溶液中自(zì)組裝成特殊結構。
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a)數層BN膠體溶液； b)BN納米片的(de)AFM圖像； c)一(yī)片15mm×4尺寸的(de)無支撐BN膜； d)BN膜的(de)斷面SEM圖像 |
澳大(dà)利亞核能(néng)科(kē)學和(hé)技(jì)術組織（ANSTO）的(de)儀器(qì)科(kē)學家(jiā)克裡(lǐ)斯·加維（Chr>is Garvey）和(hé)Guang Wang在同步加速器(qì)上(shàng)使用(yòng)小(xiǎo)角度X射線散射（SAXS ）作(zuò)為結構工(gōng)具來探測并表征幹燥和(hé)完全水(shuǐ)合狀態的(de)氮化(huà)硼膜的(de)納米流體通(tōng)道(dào)。
加維解釋說：“溶液中納米顆粒的(de)相(xiàng)互作(zuò)用(yòng)能(néng)讓•納米片自(zì)組裝成具有(yǒu)增強導電性的(de)有(yǒu)趣結構的(de)薄膜。當在制(zhì)造/過濾過程中去(qù)除水£(shuǐ)分(fēn)時，顆粒更加緊密地(dì)結合在一(yī)起，顆粒間的(de)相(xiàng)互作(zuò)用(yòng)在自(zì)裝配過程和(hé)最終結構中變得(de)重要(y™ào)起來。”
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a)BN導管和(hé)測試裝置的(de)示意圖； b)BN導管置于聚二甲基矽氧烷中； c)在NaCl濃度為0.01，0.02，0.05M下(xià)的(de)I-V曲線； d)BN導管裝置和(hé)PH7溶液中的(de)離子(zǐ)電導率和(hé)NaCl濃度函數 |
氮化(huà)硼納米片以良好(hǎo)對準的(de)方式堆疊并形成了(le)層狀膜結構，成千上(shàng)萬個平行(xí£ng)的(de)狹縫狀的(de)離子(zǐ)通(tōng)道(dào)作(zuò)為納米流體導管在膜內定向形成。
“與電子(zǐ)顯微(wēi)鏡相(xiàng)比，SAXS可(kě)以看(kàn)到(dào)材料內部，當把♥水(shuǐ)和(hé)鹽放(fàng)入納米尺度的(de)隔室後會發生(shēng)什(shén)麽，觀察它是(shì)怎樣組裝的(de)。&rdquoε;加維說。
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a)幹態BN膜和(hé)完全水(shuǐ)合BN膜的(de)XRD圖案； b)垂直和(hé)平行(xíng)、幹態和(hé)完全水(shuǐ)合BN膜的(de)1維SAXS圖案； c)和(hé)d)分(fēn)別是(shì)BN膜和(hé)SAXS分(fēn)析的(de)平行(xíng)(c)和(hé)垂直(d)位置示意圖 |
用(yòng)澳大(dà)利亞同步加速器(qì)的(de)SAXS光(guāng)束線處的(de)測量可(kě)以讓它們™確定層間的(de)平均間距。X射線束直徑約為200～300微(wēi)米，非常適合分(fēn)析許多(duō)納米層，給出結構的(de)統計學透視。垂直于光(gu™āng)束的(de)SAXS測量顯示沿著膜的(de)橫向方向缺乏結構順序，這種現象同樣也(yě)在氧化(huà)石墨烯的(de)納米片中被報道(dào)過。
總體結構觀點表明(míng)，與氮化(huà)硼平行(xíng)的(de)測量使得(de)它們可(kě)以確定₹水(shuǐ)分(fēn)子(zǐ)和(hé)離子(zǐ)仍保留在層內通(tōng)道(dào)中。離子(zǐ)通(tōng)過納米級流體通(tōng)道(dào)的(de)方式與離子(zǐ)♦通(tōng)過大(dà)容量（bulk）的(de)方式顯著不(bù)同。作(zuò)者得(de)出結論，在通(tōng)道(dào)壁和(hé)電解質之間界面處的(de)負表面電荷在離子(zǐ)遷移中起到(dào)重要(yào)作(zuò)用'(yòng)。加維說過濾過程的(de)物(wù)理(lǐ)機理(lǐ)還沒有(yǒu)完全的(de)理(lǐ)解，進一(yī)步的(de)理(lǐ)解需要(yào)相(xiàngΩ)關應用(yòng)的(de)理(lǐ)解，包括材料的(de)組裝、粘土(tǔ)的(de)行(xíng)為方式β等。
氮化(huà)硼膜可(kě)能(néng)是(shì)現有(yǒu)嚴苛條件(jiàn)下(xià)2D納米材料中具有(yǒu)吸引力的(de)替代品。