（浙江在线记者 马悦 通讯员 陈胜伟）10月9日，浙江农林大学理学院陈亮博士以第一作者身份，在世界顶级学术期刊《自然》杂志上发表了题为《Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing》（《通过阳离子控制层间距实现氧化石墨烯膜的离子筛选》）（DOI:10.1038/nature24044）的学术论文，这是该校教师发表高水平学术论文的新突破。

    该论文提出并实现了用水合离子自身精确控制石墨烯膜的层间距，展示了其出色的离子筛分和海水淡化性能，并用理论计算、上海光源的X射线小角散射（BL16B1）和精细吸收谱（BL14W1）实验阐明了机理。相关研究成果，解决了氧化石墨烯膜在水处理、离子/分子分离以及电池/电容等前沿研究领域中的重大难题，为其进一步应用提供了重要的理论和实验基础。陈亮博士及其研究团队还将相关研究成果，申请了相应的国际、国内发明专利。

    石墨烯是由碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。英国物理学家Geim和Novoselov用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯因其独特的二维结构，拥有诸多突出的物理化学性质，在能源、材料、电子、生物、医药等领域展现出巨大的应用价值，也是构筑高性能分离膜的理想材料，成为近年来膜领域的研究热点。膜分离是一种新型的分离技术，与传统技术相比，具有节能、高效、操作简单等特点，受到学术界与工业界的广泛关注，开发高性能膜材料是实现高效膜分离的关键。

    据介绍，石墨烯膜用于离子筛分和海水淡化一直面临巨大挑战：对像纸一样的石墨烯纳米片，要精确“装订”成石墨烯膜，保证其层间距固定并精确到十分之一纳米这么小的尺度，非常困难；更具挑战的是，石墨烯膜在水溶液中还会发生溶胀导致分离性能严重衰减。陈亮及其团队的研究工作，证明了离子与石墨烯片层内芳香环结构之间存在水合离子-π相互作用。这种作用像“桥墩”一样支撑石墨烯片层，精确控制了石墨烯膜的层间距，而不同大小的水合离子相当于不同大小的“桥墩”，进而对应于不同的层间距。对于具有最小水合直径的钾离子，由于钾离子的水合层较弱，进入石墨烯膜后水合层发生形变，导致特别小的层间距。这样，经过钾离子溶液浸泡的石墨烯膜能阻止水合钾离子自身的进入，有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子，同时还能维持水分子通过，实现一边是离子溶液一边是纯水的水处理效果。 该研究不仅为石墨烯膜的设计制备提供了理论与技术指导，也为其他二维材料在分离膜领域的研究开辟了新思路。

    相关研究工作由中国科学院上海应用物理研究所、上海大学、南京工业大学和浙江农林大学的研究人员发挥各自优势合作完成，得到了国家自然科学基金委、中国科学院、科技部、上海光源以及上海超算中心、中国科学院北京超算中心和广州超算中心的资助。

    陈亮博士是浙江农林大学理学院教师，长期以来，主要研究碳纳米材料在环境中的应用、有机污染物处理、重金属污染处理、海水淡化等应用研究以及碳纳米材料的理论机制的基础研究。已在国内外学术期刊发表论文30多篇。研究工作成果已发表在《自然》(Nature)、《物理化学》(J Phys Chem C (ACS) )、和 《科学报告》 (Scientific Reports) 等国际权威杂志上，申请国际、国内发明专利多项。