2D Heterostructured Nanofluidic Channels for Enhanced Desalination Performance of Graphene Oxide Membranes

石墨烯 海水淡化 材料科学 氧化物 渗透 纳米技术 层状结构 纳米 化学工程 化学 复合材料 生物化学 工程类 冶金
作者
Yijian Wu,Cen‐Feng Fu,Qiang Huang,Pengpeng Zhang,Peng Cui,Ronghua Jin,Jinlong Yang,Tongwen Xu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 7586-7595 被引量:111
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c01105
摘要

The two-dimensional (2D) lamellar membrane assembly technique shows substantial potential for sustainable desalination applications. However, the relatively wide and size-variable channels of 2D membranes in aqueous solution result in inferior salt rejections. Here we show the establishment of nanofluidic heterostructured channels in graphene oxide (GO) membranes by adding g-C3N4 sheets into GO interlamination. Benefiting from the presence of stable and sub-nanometer wide (0.42 nm) GO/g-C3N4 channels, the GO/g-C3N4 membrane exhibits salt rejections of ∼90% with water permeances of above 30 L h–1 m–2 bar–1, while the pure GO membrane only has salt rejections of below 30% accompanied by water permeances of below 4 L h–1 m–2 bar–1. Combining experimental and theoretical investigations, size exclusion has proved to be the dominating mechanism for high rejections, and the ultralow friction water flow along g-C3N4 sheets is responsible for permeation enhancements. Importantly, the GO/g-C3N4 membrane shows promising long-term, antioxidation, and antipressure stability.
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