前沿：寧波材料對單層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研究進展


石墨烯是由單層平面碳原子經sp2雜化緊密結合形成的二維原子晶體。它有望成為制備高滲透性、高選擇性滲透膜的理想材料。因此，研究有機分子通過石墨烯的行為具有重要的意義，盡管文獻中已有許多理論預測，但實際上有機分子通過石墨烯的實驗證據卻很少，因為沒有任何缺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有重要意義。ICH相當于一個高勢壘的金鐘罩，理論上認為氦分子即使在化學氣相沉積（CVD）石墨烯中也不能穿透。

最近，德國德累斯頓理工大學的雷納·喬丹教授和中國科學院寧波材料技術與工程研究所的陳濤通過實驗和理論預測提出了一個新的想法，即表面引發可控自由基聚合。離子可以誘導乙烯基單體以劍狀物的形式穿透單石墨層。共同體。2018，9，4051.在研究中，引發劑可以選擇性地與固體表面結合，驅動單體的運動和隨后的補充，在單層CVD石墨烯分離引發劑和單體的條件下，證明了各種尺寸的乙烯基單體可以通過單層CVD石墨烯，并成功地初始化。在引發劑的驅動下進行表面聚合，研究發現只有原子層厚度的石墨烯不能阻斷自由基引發劑與單體（和催化劑）之間的庫侖相互作用，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地輸送到石墨烯的另一端，在石墨烯覆蓋的表面上可以得到聚合物分子刷（如圖所示），最后通過研究石墨烯涂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陷點的CVD石墨烯，并且由于單體的通過，CVD石墨烯的天然缺陷大大增加。然而，由于電荷的相互作用，正、負電荷單體在通過石墨烯時被嚴重阻塞，速度相當慢，有趣的是，當使用微圖案化引發劑陣列時，負離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案化。通過對分子施加外力，有機分子如分子量較大的聚合物單體可以通過單層CVD石墨烯，分子電荷對滲透行為的影響大于分子本身的影響。為單層石墨烯的穿透性提供了新的證據，也為其作為分子篩的潛在應用提供了新的思路。

上述工作得到了國家留學基金委員會、國家自然科學基金（51573203）、中國科學院前沿科學重點研究項目（QYZDB-SSW-SLH036）和中國科學院海洋新材料與應用技術重點實驗室的支持。

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