Tuning Pore Size in Graphene in the Angstrom Regime for Highly Selective Ion–Ion Separation

离子 石墨烯 材料科学 选择性 纳米技术 化学物理 扩散 离子运输机 多孔介质 多孔性 化学工程 化学 复合材料 热力学 工程类 有机化学 催化作用 物理 生物化学
作者
Kangning Zhao,Wan‐Chi Lee,Mojtaba Rezaei,Heng‐Yu Chi,Shaoxian Li,Luis Francisco Villalobos,Kuang‐Jung Hsu,Yuyang Zhang,Feng-Chao Wang,Kumar Varoon Agrawal
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c11068
摘要

Zero-dimensional pores spanning only a few angstroms in size in two-dimensional materials such as graphene are some of the most promising systems for designing ion–ion selective membranes. However, the key challenge in the field is that so far a crack-free macroscopic graphene membrane for ion–ion separation has not been realized. Further, methods to tune the pores in the Å-regime to achieve a large ion–ion selectivity from the graphene pore have not been realized. Herein, we report an Å-scale pore size tuning tool for single layer graphene, which incorporates a high density of ion–ion selective pores between 3.5 and 8.5 Å while minimizing the nonselective pores above 10 Å. These pores impose a strong confinement for ions, which results in extremely high selectivity from centimeter-scale porous graphene between monovalent and bivalent ions and near complete blockage of ions with the hydration diameter, DH, greater than 9.0 Å. The ion diffusion study reveals the presence of an energy barrier corresponding to partial dehydration of ions with the barrier increasing with DH. We observe a reversal of K+/Li+ selectivity at elevated temperature and attribute this to the relative size of the dehydrated ions. These results underscore the promise of porous two-dimensional materials for solute–solute separation when Å-scale pores can be incorporated in a precise manner.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
田様应助LIUDEHUA采纳,获得10
1秒前
时迁完成签到,获得积分20
1秒前
1秒前
深情白风完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
4秒前
5秒前
jianlv发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
酷波er应助Zcy31098采纳,获得10
6秒前
久久发布了新的文献求助10
7秒前
346034525发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
橙子发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
11秒前
隐形曼青应助zou采纳,获得30
11秒前
杨利英完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
15秒前
16秒前
16秒前
16秒前
17秒前
18秒前
无极微光应助朴实的草丛采纳,获得20
18秒前
lpy发布了新的文献求助10
18秒前
竹斟酒完成签到,获得积分10
19秒前
干净傲霜发布了新的文献求助10
21秒前
duo111发布了新的文献求助10
22秒前
8888拉发布了新的文献求助10
22秒前
精明怜南发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
Chuwei发布了新的文献求助10
24秒前
Amyel完成签到,获得积分10
25秒前
外向宝川发布了新的文献求助10
25秒前
Yu发布了新的文献求助10
25秒前
肥羊完成签到,获得积分10
27秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Theoretical modelling of unbonded flexible pipe cross-sections 2000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1581
Encyclopedia of Agriculture and Food Systems Third Edition 1500
Specialist Periodical Reports - Organometallic Chemistry Organometallic Chemistry: Volume 46 1000
Current Trends in Drug Discovery, Development and Delivery (CTD4-2022) 800
Minimizing the Effects of Phase Quantization Errors in an Electronically Scanned Array 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5533429
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4621675
关于积分的说明 14579891
捐赠科研通 4561782
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2499586
邀请新用户注册赠送积分活动 1479344
关于科研通互助平台的介绍 1450522