近日，中科院上海应用物理研究所方海平团队提出并实现了通过水合离子精确控制石墨烯膜的层间距，展示出优异的离子筛分和海水淡化性能。相关成果已在线发表于《自然》杂志，并申请了相应的国内和PCT专利。
对于石墨烯纳米片，要实现其层间距固定到1纳米左右并精确到1/10纳米这么小的尺度，其困难可想而知，更具挑战的是，石墨烯膜在水溶液中还会发生溶胀，导致分离性能严重衰减。
研究人员提出了溶液中离子本身可以有效控制（氧化）石墨烯膜的层间距，并进行了相应的理论模拟计算加以验证。同时利用上海光源的X射线小角散射、精细吸收谱以及紫外等表征手段证明了离子与石墨烯片层内芳香环结构之间存在水合离子相互作用。这样的作用像“桥墩”一样支撑石墨烯片层，精确控制了石墨烯膜的层间距，而不同大小的水合离子相当于不同大小的“桥墩”，进而对应于不同的层间距。
研究人员通过实验成功实现并观测到石墨烯膜与不同的离子溶液作用后具有特定的层间距，这样的间距可以小到1纳米左右，而不同离子对应的间距差异小于1/10纳米；当石墨烯膜与水合直径小的离子溶液结合后，具有更大水合直径的离子就难以进入石墨烯膜。因此，通过离子选择可以实现对石墨烯膜的层间距达1/10纳米的精确控制。同时，通过系列水合离子控制的多石墨烯复合膜，从实验上实现了不同离子间的精确筛分。
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