前沿：寧波材（cái）料對單層（céng）石墨烯聚合誘導單體滲透的研究進展

前沿：寧波材料對單層石墨烯聚合誘導單體滲透的（de）研究進展


石墨烯是由單層平麵碳原子經（jīng）sp2雜化緊密結合形（xíng）成的二維原子晶（jīng）體。它有望成為製備高滲透性、高選擇性滲（shèn）透膜的理想（xiǎng）材料。因此，研究（jiū）有機分子通（tōng）過石墨烯的行為具有（yǒu）重要的意義，盡管文獻中已有許多（duō）理論（lùn）預（yù）測，但（dàn）實際上（shàng）有機分子通過石墨烯的實（shí）驗（yàn）證據卻很少，因為沒有任何缺（quē）陷的石墨烯對所有原子和分子都是不可滲透的，因此，研究有機分子通過石墨烯的行為具（jù）有重要意義。ICH相（xiàng）當於一個高勢壘（lěi）的金（jīn）鍾罩，理論上認為氦分子（zǐ）即（jí）使在化學氣相沉積（CVD）石墨烯中也不（bú）能穿透。

最近，德國德累斯（sī）頓（dùn）理工大學的雷納（nà）·喬丹教授（shòu）和（hé）中（zhōng）國科學院寧波材料技術與工程（chéng）研究（jiū）所（suǒ）的陳濤通過實驗和理論預測提出了一個新的想法，即表麵引發可控自由基聚（jù）合。離子可以誘導乙（yǐ）烯基單體以劍狀物（wù）的形式穿透單石墨層。共（gòng）同體。2018，9，4051.在研究中，引發劑可以選擇性地與固體表麵（miàn）結合，驅動單體（tǐ）的運動和隨後的補充，在（zài）單層CVD石墨烯分離引發（fā）劑和單體的條件下，證明了各（gè）種尺寸的乙烯基單體可以通過單層CVD石墨烯，並成功地初始（shǐ）化。在引發劑的驅動下進行（háng）表麵聚合，研究發現隻有原子層厚度的石墨（mò）烯不能阻斷自由基引發劑與（yǔ）單體（和催化劑）之（zhī）間（jiān）的（de）庫侖相互作用，從而實現了引發劑對石墨烯另一端單體的驅動和遷移，同時可控自由基聚合使單體以穩定的速率連續（xù）地輸送（sòng）到石（shí）墨烯的另一端，在石墨烯覆蓋的表麵上可以得到（dào）聚合物分子刷（如圖所示），最後通過研究石墨烯塗層聚合物刷的厚度和形態，研究各種單體的行為和速率。通過（guò）單層石墨烯可以計算。

結果表明，在可控自由基聚合的驅動下，各種尺寸的中性單體均能成功地通過帶有缺（quē）陷點的CVD石（shí）墨烯（xī），並且由於單體的通過（guò），CVD石墨烯的天然缺陷大大增加。然而，由於電荷的相互作用，正（zhèng）、負（fù）電荷（hé）單體在通過石墨烯時（shí）被嚴重阻塞，速（sù）度相當慢，有（yǒu）趣的是，當使（shǐ）用微圖案化引發劑陣列時，負離（lí）子單體在被誘導穿透時，可以選擇性地將石墨烯切割成各種預定尺寸的微圖（tú）案化。通過對分子施加外力，有機分子如分子量（liàng）較大的聚合物單體可（kě）以通過單（dān）層CVD石墨（mò）烯，分子電荷對滲（shèn）透行為的影響大於分子（zǐ）本身的影響。為單層石墨烯的穿透性提供了新的證據，也為其（qí）作為分子篩的潛在應用提供了新的思路（lù）。

上述工作得到了國（guó）家（jiā）留學基金委員會、國家自然科學基金（51573203）、中國科學院前（qián）沿科學重點（diǎn）研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）和（hé）中國科學院海洋新材料（liào）與應（yīng）用技術重點實驗室（shì）的支持。

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