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The Role of Nanowrinkles in Mass Transport across Graphene‐Based Membranes
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2020-06-25 , DOI: 10.1002/adfm.202003159 Yuan Kang 1 , Ruosang Qiu 1 , Meipeng Jian 1 , Peiyao Wang 2 , Yun Xia 1 , Benyamin Motevalli 3 , Wang Zhao 1 , Zhiming Tian 4 , Jefferson Zhe Liu 2 , Huanting Wang 1 , Huiyuan Liu 1 , Xiwang Zhang 1
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2020-06-25 , DOI: 10.1002/adfm.202003159 Yuan Kang 1 , Ruosang Qiu 1 , Meipeng Jian 1 , Peiyao Wang 2 , Yun Xia 1 , Benyamin Motevalli 3 , Wang Zhao 1 , Zhiming Tian 4 , Jefferson Zhe Liu 2 , Huanting Wang 1 , Huiyuan Liu 1 , Xiwang Zhang 1
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Laminar membranes stacked by 2D materials are an emerging selective unit in separating processes across disciplines for their controllable mass transport properties. In general, parallel nanochannels formed between neighboring layers, owing to their adjustable size and surface chemistry, are considered the dominant transport regulator. Besides these flat interlayer channels, wrinkled morphology has also existed in 2D membranes, but the structure and potential transporting role of such curved channel remain largely unexplored. This study demonstrates that nanowrinkles are intrinsically formed in graphene‐based membranes, featuring an arc‐like shape with around 2.5 nm high center and two narrow wedge corners. By a facile “solvent‐treatment” during assembly, the membranes are tuned to possess different wrinkle density. In transport tests involving water and ions, the appearance of more wrinkles yields higher water permeation yet has limited effect on ion passage. These findings suggest that nanowrinkles by themselves serve as fast transporting ways while their connection with narrow interlayer channels can form a selective network. Results here are expected to deepen the understanding of mass transport mechanisms in current laminar membranes (e.g., graphene‐based) and provide strategies for designing future 2D membranes via wrinkle engineering.
中文翻译：
纳米皱纹在跨石墨烯基膜的大众运输中的作用
由2D材料堆叠的层状膜是新兴的选择性单元，由于其可控的传质特性而在跨学科的分离过程中。通常，由于其可调节的尺寸和表面化学性质，在相邻层之间形成的平行纳米通道被认为是主要的运输调节剂。除了这些平坦的夹层通道外，二维膜中还存在起皱的形态，但这种弯曲通道的结构和潜在的转运作用仍未得到充分探索。这项研究表明，纳米皱纹本质上是在石墨烯基膜中形成的，具有类似于弧形的形状，具有约2.5 nm的高中心和两个狭窄的楔角。通过在组装过程中进行轻松的“溶剂处理”，可将膜调整为具有不同的皱纹密度。在涉及水和离子的传输测试中，出现更多皱纹会产生更高的水渗透性，但对离子通过的影响有限。这些发现表明，纳米皱纹本身可以作为快速的运输方式，而它们与狭窄的层间通道的连接可以形成选择性网络。预期这里的结果将加深对当前层流膜（例如，基于石墨烯的膜）的传质机理的理解，并提供通过皱纹工程设计未来二维膜的策略。
更新日期：2020-08-08
中文翻译：
纳米皱纹在跨石墨烯基膜的大众运输中的作用
由2D材料堆叠的层状膜是新兴的选择性单元，由于其可控的传质特性而在跨学科的分离过程中。通常，由于其可调节的尺寸和表面化学性质，在相邻层之间形成的平行纳米通道被认为是主要的运输调节剂。除了这些平坦的夹层通道外，二维膜中还存在起皱的形态，但这种弯曲通道的结构和潜在的转运作用仍未得到充分探索。这项研究表明，纳米皱纹本质上是在石墨烯基膜中形成的，具有类似于弧形的形状，具有约2.5 nm的高中心和两个狭窄的楔角。通过在组装过程中进行轻松的“溶剂处理”，可将膜调整为具有不同的皱纹密度。在涉及水和离子的传输测试中，出现更多皱纹会产生更高的水渗透性，但对离子通过的影响有限。这些发现表明，纳米皱纹本身可以作为快速的运输方式，而它们与狭窄的层间通道的连接可以形成选择性网络。预期这里的结果将加深对当前层流膜（例如，基于石墨烯的膜）的传质机理的理解，并提供通过皱纹工程设计未来二维膜的策略。
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