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深圳大学高等研究院是深圳大学于2014年成立的一个包含本科与研究生培养、侧重跨学科教学与学术研究的校内综合办学单位。作为深圳大学内部探索全面改革创新的学术特区,高等研究院与香港和海外著名高校合作,借鉴国内外研究型大学通行的管理模式,引进具有一流视野的资深教授和发展潜力的青年教师,营造与国际接轨的学术氛围和培养环境,开展卓越的教学、研究和管理工作。

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高等研究院蔡兴科课题组在二维材料领域取得研究进展

发布时间:2022-05-09 | 浏览次数:

2022年4月18日,深圳大学高等研究院蔡兴科研究员课题组在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》(影响因子:9.2,中科院一区TOP)上发表了一篇题为“Controlled synthesis of perforated oxide nanosheets with high density nanopores showing superior water purification performance” 的研究论文。第一作者为本科生李永涛,西班牙超算中心Julio 为共同一作,深圳大学为第一完成单位,该工作还得到了俄勒冈州立和日本国立材料研究所相关人员的支持,蔡兴科研究员为唯一通讯作者。


图1. 孔内原位生长ZIF-8纳米颗粒的多孔二维氧化钛薄膜用于污水处理示意图。


淡水是人类和其他物种所必需的生命资源。淡水资源随着人类活动的不断拓展而造成的生态破坏日益紧缺。因此,开发高效的水净化技术,通过过滤有机和无机污染物,获取淡水迫在眉睫。采用二维材料用作高效的无机过滤膜成为目前解决该问题的重要途径之一。二维纳米材料,如石墨烯、氧化石墨烯(GO)和MXenes,由于其活泼的活性表面、良好的机械柔韧性和易于制备成膜/膜等特点,已成为最有前途的净水材料之一。然而,在纳米片堆叠而成的薄膜中,由于其强大的范德华力,每个纳米片紧密地贴合在一起,层间距减小,水分子只能从膜的边缘和纳米片间狭窄的通道通过,延长了水通道,导致二维纳米片薄膜的渗透性降低。同时,由于薄膜中的纳米通道易被小分子污染物堵塞,其循环稳定性差。


本文提出了一种利用氢碘酸(HI)在单层双/三金属氧化物纳米片上制备高密度纳米孔的方法。基于所得氧化物纳米片,我们制备了相关的薄膜用于有机污水的处理。在水处理过程中,纳米片薄膜展现了优异的过滤性能: 99.3%的甲基蓝截留率和4260 Lm-2h-1bar-1的水通量,并且保持了良好的循环性能。


纳米片薄膜展现出的优异水通量是多方共同作用的结果,主要归功于ZIF-8粒子与纳米片的高密度纳米孔以及薄膜自身的介孔结构。1)ZIF-8粒子使纳米片层间距加大,保证了循环过程中的稳定性与水通量。 2)ZIF-8粒子增大了薄膜中的毛细作用力,从而增大水通量。 3)薄膜中的介孔结构与纳米片上的纳米孔提供了额外的通道增大水通量。


此项研究得到了国家自然基金委和深圳市科创委的资助。


原文链接:https://doi.org/10.1021/acsami.2c01474