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《中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)》 2019年 硕士论文
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氧化石墨烯膜/PET纳米孔中的离子选择性增强传输

董钰华  
【摘要】:氧化石墨烯作为一种新兴的二维材料由于其极大的比表面积、丰富的含氧基团和良好的机械性能引起了人们的研究兴趣,并且被广泛应用于气体分离、离子分离、纳米复合材料和能源转换领域。由它制得的功能薄膜具有大量的尺寸可调的纳米量级通道,能够根据离子尺寸和电荷态来实现选择性分离,并能提供很高的水通量,有希望成为下一代的海水淡化和离子分离膜。因此,研究离子在氧化石墨烯薄膜中的输运性质在理论和实践中都具有重大意义。实验中首先利用重离子辐照和化学蚀刻相结合的方法制得PET单锥形纳米孔,之后通过旋涂方法在纳米孔的小口端形成氧化石墨烯膜得到GOM/PET结构,通过PET锥形纳米孔和GOM/PET结构的对比来研究氧化石墨烯膜的离子传输性质。分析结果发现,相比于纯PET单锥形纳米孔,氧化石墨烯的存在能够显著增强其在KCl溶液中的整流效应,使整流系数从4.5增大至238。通过在其它溶液中进行相同的测试,证实了这种方法具有普适性。除此之外,本实验系统研究了它们的阳离子选择性和pH稳定性,结果表明,氧化石墨烯能够增强纳米孔的阳离子选择性,并且在更宽的pH范围内保持整流效应的方向。最后,通过有限元模拟更进一步地解释了整流效应产生和增强的原因。


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