近年来，石墨烯类二维材料以其优越的物理化学性能和均一的孔结构，在膜分离材料中逐渐崭露头角，显示了在海水淡化等领域的应用价值。膜分离技术以其节能降耗、操作简单、适用广泛等众多优势，在海水淡化、污水处理等分离过程中使用越来越广泛。研究和制备通量更高、稳定性更强的膜材料是研究者们一直以来的追求。其中，氧化石墨烯（GO）二维膜以其优异的膜组装和超快水传输能力，受到了广泛的关注。然而，在应用层面，氧化石墨烯膜由于水通量通常偏低，且在水环境中易溶胀，导致其分离性能下降，不能对亚纳米尺寸的离子进行长期有效截留，限制了其在水处理以及海水淡化等领域中的应用。

我院青年教师梁珊珊博士等通过对氧化石墨烯膜的表面和内部通道的分析，提出可首先采用热还原的方法部分去除氧化石墨烯膜表面以及内部的氧化基团，不仅控制膜的层间距，且提高氧化石墨烯膜在水中的稳定性，解决其溶胀问题。在此基础上，结合控制氧化石墨烯的片层横向尺寸，制备成小尺寸氧化石墨烯片层。小尺寸片层所制备出的膜一方面在膜表面将具有更多的水通道入口，另一方面膜内构建出的二维尺寸通道，具备更短、更少曲折的路径 （如图1所示）。

图1 不同氧化石墨烯膜的通道及其性能示意图。

实验结果证明，优化后的具有小片层的还原氧化石墨烯二维膜的脱盐性能得到了显著提升。相较于具有较大的尺寸的未还原氧化石墨烯膜（L-GO）, 小片层的还原氧化石墨烯膜（S-rGO）在截留 Na₂SO₄和Mg₂SO₄溶液时, 在保持对相应盐（离子）截留率都在85%以上的同时，水通量分别可达到L-GO膜对的截留同种盐（离子）的水通量的3.7和3.9倍。在稳定性方面，优化后的氧化石墨烯膜也展现出在脱盐过程中的长时间的高稳定性，其在盐水中的机械稳定性可达30天，远高于L-GO膜的机械稳定性。

综上，该论文提出了一种通过结合热还原和小尺寸片层两步策略方法，在保持对盐高截留率的同时获得更高的水流量的氧化石墨烯膜。此方法具备易操作，得到的GO膜具有高稳定性，高脱盐效果，高水通量等优点。该的膜具有良好的实际应用背景，有望满足工业使用的需要，也为未来海水淡化提供新的思路和方案。相关研究以题为《Realizing ultrahigh nanofiltration performance based on small flake reduced graphene oxide membranes》发表在《Desalination》(IF=9.501)上。

我校物理学院青年教师梁珊珊博士是论文唯一通讯作者，第一作者是20级博士生王帅，工作得到了我校方海平教授的指导和帮助。该工作得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001191642200056X