巧用“冰点差” 给氧化石墨烯复合膜装上“智能开关”

　　人民网北京7月17日电 (记者赵竹青)在二维材料片层之间的限域空间中，水的冻结温度会发生改变，远低于0℃。中国科学院理化技术研究所王健君、薛涵团队联合香港城市大学曾晓成教授团队、北京师范大学方维海院士与朱重钦教授团队等多家单位，巧用“冰点差异”实现层间距有效调控，成功为二维膜分离材料——氧化石墨烯-高分子复合膜装上“智能开关”，开辟了一条全新的材料精密制造路径。相关成果于7月15日发表于《自然》。

　　据介绍，团队创新思路，巧妙利用膜层间限域水与膜外体相水的冰点差异，将原本相互耦合、难以独立控制的单体组装与聚合固化过程在时间上分离，形成“先组装控距、后聚合固距”的两步调控机制，同步实现氧化石墨烯膜层间距控制和通道结构稳定，从而使膜材料保持水分子快速传输和离子精确分离的特性。

　　依托这一时标分离方法，进一步实现了高分子支柱的分区可控生长。该方法不仅适用于多巴胺，还可以适配于丙烯酰胺、多元胺-多元酸等能在限域空间内组装交联的分子体系，具有良好通用性。研究团队还结合大量实验与多尺度理论计算，揭示了纳米限域下分子组装、聚合固化及层间距调控的微观机制。

　　该工作不仅提供了一种利用限域水相变实现反应过程时标分离的新方案，也为二维片层复合膜分离材料的结构调控和性能优化提供了新的理论与实验基础。这项成果标志着我国在二维膜分离材料领域取得重要突破，有望为解决水资源短缺和关键矿产资源供给问题提供新的解决方案。