Highly selective charge-guided ion transport through a hybrid membrane consisting of anionic graphene oxide and cationic hydroxide nanosheet superlattice units

NPG Asia Materials 8, e259; doi: 10.1038/am.2016.38; Published Online 1 April 2016

酸化グラフェン膜: 電荷を選ぶナノシート

非常に薄いカーボン膜と金属ナノシートを組み合わせた膜は、廃水処理や生体模倣イオン輸送に利用できる可能性がある。酸化グラフェンは、溶液処理によって自然に積み重なって薄い積層膜を形成するため、浄化技術に有望な二次元構成要素である。そうした積層膜の層間隔をさまざまな官能基を用いて調節することで、水を通すが特定のサイズより大きな分子を通さないナノチャネルを作ることができる。今回、清華大学(北京)のH Zhuたちは、層状複水酸化物(LDH)と呼ばれる鉱物を酸化グラフェン骨格に挿入することによって、そうした膜の機能を拡張した。LDHナノシート内のカチオン性金属は、膜が電荷レベルの異なる不純物を選択的にろ過するのに役立つ。例えば、三価の正電荷を持つ粒子は、一価のイオンに対して30:1の割合で除去された。

Pengzhan Sun, Renzhi Ma, Wei Ma, Jinghua Wu, Kunlin Wang, Takayoshi Sasaki and Hongwei Zhu

Graphene oxide membranes: nanosheets take charge
A membrane that combines ultrathin carbon films with metallic nanosheets may find use in wastewater treatment and biomimetic ion transport. Graphene oxide is a promising two-dimensional building block for purification technology because it naturally stacks into thin layers on solution processing. By tailoring the interlayer spacing with different functional groups, researchers can create nanochannels that permit water to flow while rejecting molecules above a certain size. Now, Hongwei Zhu of Tsinghua University in Beijing and co-workers have expanded the capabilities of such membranes by sandwiching minerals known as layered double hydroxides (LDHs) into the graphene oxide framework. The cationic metals within LDH nanosheets helped the membrane selectively filter impurities with different charge levels — for example, particles with triple positive charges were rejected at a ratio of 30:1 relative to singly charge ions.

NPG Asia Materials ISSN 1884-4049(Print) ISSN 1884-4057(Online)