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文章轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：X-MOL資訊

氧化石墨烯膜的工作原理設(shè)計(jì)以及在水系液流電池中的應(yīng)用,。圖片來(lái)源：Chem

　　通過(guò)選擇尺寸較大的分子或者金屬配合物作為活性物質(zhì)，氧化石墨烯膜取得了非常高的離子選擇性,，同時(shí)又可以允許支持電解質(zhì)在兩邊快速的傳輸來(lái)傳導(dǎo)電荷,。而且，氧化石墨烯本身又可以進(jìn)行低成本大規(guī)模的制備,。這一系列的特性都預(yù)示著氧化石墨烯膜作為新型的隔膜在水系液流電池中的潛在應(yīng)用,。

　　首先，為了探索氧化石墨烯膜在液流電池中的潛在應(yīng)用,，研究人員選取了多種類(lèi)型的氧化還原電對(duì),，分別適用于酸性、堿性和中性電解液,。另外,，氧化石墨烯作為膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑單元，一是可以通過(guò)調(diào)節(jié)氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)離子傳輸行為的調(diào)控,，二是也可以通過(guò)添加具有特定官能團(tuán)的高分子,，例如細(xì)菌纖維素等，來(lái)進(jìn)一步調(diào)控內(nèi)在的納米孔道結(jié)構(gòu)以及增強(qiáng)相關(guān)的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性,。

氧化石墨烯膜在不同溶液中的離子滲透行為和在酸性,、堿性和中性溶液中的離子傳導(dǎo)率。圖片來(lái)源：Chem

　　研究人員選擇性制備了三種具有不同納米孔道結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯基的膜,，分別是LGO（低氧化程度）,、HGO（高氧化程度）和HGO-BC（HGO和BC的復(fù)合膜），其中BC是細(xì)菌纖維素,。通過(guò)在不同水溶液中的離子滲透實(shí)驗(yàn),，研究人員證明了氧化石墨烯膜具有對(duì)多種活性分子實(shí)現(xiàn)有效的阻擋穿透的能力，意味著在這些潛在的液流電池體系中,，石墨烯膜可以避免或者有效降低交叉污染問(wèn)題,。

　　另外,，研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯膜可以在硫酸、氫氧化鉀和氯化鉀水溶液中同時(shí)表現(xiàn)出較高的離子電導(dǎo)率,。一方面,，氧化石墨烯片堆疊的二維納米結(jié)構(gòu)由于具有均勻的孔道結(jié)構(gòu)所以表現(xiàn)出強(qiáng)烈的尺寸分離效果；另一方面,，氧化石墨烯表面的帶電官能團(tuán)不僅能提供電荷排斥效應(yīng)還可以促進(jìn)電解質(zhì)傳導(dǎo),，例如質(zhì)子等。因此,，其在硫酸溶液中表現(xiàn)出最高的離子電導(dǎo)率,，甚至可以達(dá)到和Nafion膜相當(dāng)?shù)乃健ｋS后,，為了驗(yàn)證氧化石墨烯膜作為液流電池隔膜的效果,，研究人員選取了堿性溶液體系：亞鐵氰化鉀（正極，K4Fe(CN)6）和核黃素磷酸鈉（負(fù)極,，F(xiàn)MN-Na）,。

　　在相同體系下，氧化石墨烯膜表現(xiàn)出和Nafion膜相近的充放電曲線(xiàn),，另外在40毫安每平方厘米的電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)300圈,，同時(shí)庫(kù)倫效率高達(dá)98%以上?？傊?，這種低成本的具有二維納米流道結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯膜在水系液流電池體系中表現(xiàn)出穩(wěn)定優(yōu)異的電化學(xué)行為。

氧化石墨烯膜在水系液流電池中的電化學(xué)性能,。圖片來(lái)源：Chem

　　該研究工作通過(guò)利用氧化石墨烯的二維納米流道結(jié)構(gòu)以及特殊的離子傳輸機(jī)制設(shè)計(jì)了一種具有潛力的水系液流電池隔膜,，為進(jìn)一步構(gòu)建低成本高性能的下一代液流電池提供了新的思路和更多的可能性。這一成果近期在線(xiàn)發(fā)表在Cell Press旗下的綜合性化學(xué)期刊Chem 上,。