前沿：宁波材料对单层石墨烯聚合诱导单体渗透的研究进展

前沿：宁波材料对单层石墨烯聚合诱导单体渗透的研究进展


石墨烯是由单层平面碳原子经sp2杂化紧密结合形成的二维原子晶体。它有望成为制备高渗透性、高选择性渗透膜的理想材料。因此，研究有机分子通过石墨烯的行为具有重要的意义，尽管文献中已有许多理论预测，但实际上有机分子通过石墨烯的实验证据却很少，因为没有任何缺陷的石墨烯对所有原子和分子都是不可渗透的，因此，研究有机分子通过石墨烯的行为具有重要意义。ICH相当于一个高势垒的金钟罩，理论上认为氦分子即使在化学气相沉积（CVD）石墨烯中也不能穿透。

最近，德国德累斯顿理工大学的雷纳·乔丹教授和中国科学院宁波材料技术与工程研究所的陈涛通过实验和理论预测提出了一个新的想法，即表面引发可控自由基聚合。离子可以诱导乙烯基单体以剑状物的形式穿透单石墨层。共同体。2018，9，4051.在研究中，引发剂可以选择性地与固体表面结合，驱动单体的运动和随后的补充，在单层CVD石墨烯分离引发剂和单体的条件下，证明了各种尺寸的乙烯基单体可以通过单层CVD石墨烯，并成功地初始化。在引发剂的驱动下进行表面聚合，研究发现只有原子层厚度的石墨烯不能阻断自由基引发剂与单体（和催化剂）之间的库仑相互作用，从而实现了引发剂对石墨烯另一端单体的驱动和迁移，同时可控自由基聚合使单体以稳定的速率连续地输送到石墨烯的另一端，在石墨烯覆盖的表面上可以得到聚合物分子刷（如图所示），最后通过研究石墨烯涂层聚合物刷的厚度和形态，研究各种单体的行为和速率。通过单层石墨烯可以计算。

结果表明，在可控自由基聚合的驱动下，各种尺寸的中性单体均能成功地通过带有缺陷点的CVD石墨烯，并且由于单体的通过，CVD石墨烯的天然缺陷大大增加。然而，由于电荷的相互作用，正、负电荷单体在通过石墨烯时被严重阻塞，速度相当慢，有趣的是，当使用微图案化引发剂阵列时，负离子单体在被诱导穿透时，可以选择性地将石墨烯切割成各种预定尺寸的微图案化。通过对分子施加外力，有机分子如分子量较大的聚合物单体可以通过单层CVD石墨烯，分子电荷对渗透行为的影响大于分子本身的影响。为单层石墨烯的穿透性提供了新的证据，也为其作为分子筛的潜在应用提供了新的思路。

上述工作得到了国家留学基金委员会、国家自然科学基金（51573203）、中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDB-SSW-SLH036）和中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室的支持。

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