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蘭州化物所發明氮摻雜多孔石墨烯制備新方法并用于稀土分離

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蘭州化物所發明氮摻雜多孔石墨烯制備新方法并用于稀土分離

蘭州化物所發明氮摻雜多孔石墨烯制備新方法并用于稀土分離

  近日,中國科學院蘭州化學物理研究所手性分離與微納分析課題組開發了一種多重限域的一步可控合成摻雜方法,制備了對稀土離子具有高分離選擇性的氮摻雜納孔石墨烯膜(專利申請號:CN 202010861481.0)。研究人員在吸附了苯丙氨酸的氧化石墨烯膜的二維層間空間限域生長層狀鋅類水滑石,從而構建類水滑石/苯丙氨酸/氧化石墨烯三明治型復合材料。由于鋅類水滑石層間夾層可以作為密閉反應器,通過限域燃燒,可將苯丙氨酸中的氮原子摻雜到石墨烯晶格中。與此同時,形成的多孔鋅類水滑石又可以作為模板,通過孔區域內限域燃燒在氧化石墨烯上蝕刻出孔徑可控的納米孔(圖1)。

1. 多重限域策略可控合成氮摻雜納孔石墨烯示意圖

  隨后,研究人員將獲得的氮摻雜納孔石墨烯(圖2)制備成膜用于稀土元素的分離,獲得了良好的分離選擇性,最高膜分離因子達到3.7。理論模擬表明,氮摻雜納孔石墨烯中的吡咯氮原子,在稀土離子的選擇性分離過程中起到了主要作用。該制備方法簡單高效、膜分離穩定性優異。這一研究不僅為雜原子摻雜納孔石墨烯材料的制備開辟了新途徑,而且為實現稀土離子的高選擇性膜分離提供了新思路,具有潛在的工業應用前景。相關成果近期發表在在Cell Press旗下綜合類子刊《iScience》上(iScience,2021,24,101920),譚洪鑫博士生為該論文的第一作者,李湛研究員和邱洪燈研究員為共同通訊作者。

2. 氮摻雜納孔石墨烯表征圖

  此外,研究人員在自主研發的納孔石墨烯/氧化鋅納米復合材料的基礎上,利用固相合成策略,讓均苯三甲酸與納孔石墨烯表面的氧化鋅納米顆粒直接反應,原位綠色合成出納孔石墨烯/MOF復合納米材料,并發現該材料非常適合于水溶液中稀土離子的選擇性固相吸附分離。該成果近期發表在Analytical Chemistry上,論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.0c04407。

  以上研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院和甘肅省人才計劃項目的支持。

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