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渦旋堆疊多孔石墨烯用于手性對(duì)映體膜分離

　　中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所手性分離與微納分析課題組長(zhǎng)期聚焦于納孔石墨烯的合成及其在分離分析中的應(yīng)用研究。最近，他們將Hummers法制備氧化石墨烯的過(guò)程進(jìn)行擴(kuò)展，發(fā)展出了一種直接從石墨到納孔石墨烯的一步合成新方法（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?span style="font-size: 16px; font-family: "Times New Roman"; box-sizing: border-box; margin: 0px; padding: 0px;">CN201811579832.8），實(shí)現(xiàn)了納孔石墨烯的簡(jiǎn)單、快速、高效、低成本的一步合成。

　　通常，Hummers法合成氧化石墨烯分為低溫、中溫和高溫三個(gè)反應(yīng)階段，低溫階段硫酸插入石墨層間，中溫階段高錳酸鉀沿著硫酸插入的路徑擴(kuò)入層間，高溫階段層間插層的氧化劑與石墨發(fā)生反應(yīng)形成氧化石墨，隨后利用反復(fù)超聲洗滌的方法制備出氧化石墨烯?；诖?，課題組將高溫階段的產(chǎn)物硫酸鹽插層的氧化石墨溶液直接抽濾干燥，進(jìn)而在氧化石墨的層間形成二維納孔硫酸鹽的水滑石模板。燃燒時(shí)水滑石模板孔隙中裸露出的石墨烯被氧化去除，進(jìn)而一步直接合成出納孔石墨烯材料。該方法采用石墨代替氧化石墨烯，同時(shí)利用了Hummers法的副產(chǎn)物作為制孔模板，進(jìn)而省去了氧化石墨烯合成中繁瑣漫長(zhǎng)的水洗過(guò)程。

渦旋多孔石墨烯膜的合成及表征

　　隨后，課題組利用機(jī)械攪拌與快速抽濾相結(jié)合的方法將不同孔徑的納孔石墨烯制備為納孔石墨烯分離膜。利用激光共聚焦顯微鏡成功觀察到納孔石墨烯膜表面的微米級(jí)渦旋結(jié)構(gòu)，并證實(shí)該渦旋結(jié)構(gòu)膜具有一定的手性特性，膜的正面和反面具有相反的旋光性特征。同時(shí)，利用該手性膜成功實(shí)現(xiàn)了外消旋苯丙氨酸的高選擇性分離，最高分離因子達(dá)到4.76。該工作近期發(fā)表在Analytical Chemistry，2020，doi.org/10.1021/acs.analchem.0c02446，譚洪鑫博士生為該論文的第一作者，李湛副研究員和邱洪燈研究員為共同通訊作者。

　　前期，他們利用重離子加速器成功制備出單層納孔石墨烯離子分離膜（Analytical Chemistry，2016，88，10002-10010），隨后發(fā)展出一種簡(jiǎn)單快速的納孔石墨烯燃燒合成新方法（Advanced Functional Materials，2018，28，1805026；Chinese Chemical Letters，2019，30，863-866）以及金屬氧化物納米二維材料的層間限域合成技術(shù)(ChemNanoMat，2020，6，1270-1275，WileyChem平臺(tái)專(zhuān)題報(bào)道)，并將納孔石墨烯成功應(yīng)用于離子的高選擇性膜分離。他們還制備了具有納米酶催化活性的納孔石墨烯和金屬氧化物的復(fù)合材料（Analytical Chemistry，2019，91，5004-5010；Sensors and Actuators B: Chemical，2019，290，15-22）。

　　以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院西部青年學(xué)者A類(lèi)人才項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)和中科院國(guó)際人才計(jì)劃項(xiàng)目的支持。