一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜及其制备方法

本发明属于膜科学，具体涉及一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜及其制备方法。

背景技术：

1、仿生纳米通道由于其优越的机械和化学稳定性被广泛应用于纳米流体器件领域。基于二维膜材料的反向电渗析（red）系统被广泛研究，其规整的二维片层纳米通道为离子传输提供丰富的传输通道，但是其窄的限域空间以及单调的电荷调节易导致离子传输过程中浓差极化等，限制了其在生物传感、离子筛分以及能量转换领域的实际应用。并且同质二维膜材料在水中的机械稳定性差也限制了其进一步应用于实际场景。构筑具有更好离子传输性能和机械稳定性的纳米流体器件仍然具有挑战性。针对当前二维仿生纳米通道膜材料领域存在的问题，仍然需要开发一种具有较高离子传输通量和较好机械稳定性的膜材料来更好的应用于纳米流体离子传输器件的构筑。

技术实现思路

1、本发明的目的旨在解决当前基于二维材料的纳米流体离子传输器件领域所面临的问题，提供了一种基于界面超组装策略的氧化石墨烯go/聚吡咯ppy异质膜及其制备方法；本发明制备方法简单，绿色经济，本发明通过在氧化石墨烯/fe3+络合物基底上原位聚合聚吡咯，聚吡咯作为一种软导电聚合物，具有较好柔性和可变形性，可以很好的改善氧化石墨烯膜的表面性质，所制备的异质膜为独立自支撑薄膜，在水中稳定性高，不易破碎，能够用于智能离子传输，在纳米流体离子传输领域具有极大应用潜力，同时能够克服由于溶胀效应所导致的原始的氧化石墨烯薄膜在水中较差的稳定性限制了氧化石墨烯基膜器件的实际应用的问题。本发明的技术方案具体介绍如下。

2、本发明提供一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜，其为聚吡咯ppy嵌入氧化石墨烯片层形成的二维片层结构自支撑薄膜；其通过真空辅助过滤方法将氧化石墨烯/fe3+络合物沉积在多孔阳极氧化铝aao膜上，在氧化石墨烯/fe3+络合物上滴加单体吡咯化学氧化法低温原位聚合吡咯，再从多孔阳极氧化铝aao膜分离制得。

3、本发明还提供一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）配制氧化石墨烯分散液和三氯化铁水溶液；

5、（2）将氧化石墨烯分散液和三氯化铁水溶液按照一定比例超声混合，得到预组装溶液；

6、（3）利用真空流体自组装的方法，将预组装溶液在真空抽滤作用下，滴加并沉积到多孔

7、阳极氧化铝aao膜表面，在aao基底上形成一层氧化石墨烯/fe3+络合物的薄膜；

8、（4）将吡咯的醇溶液逐滴滴加到步骤（3）得到的络合物薄膜上，加完后，置于0-4℃的

9、温度下低温聚合；随着聚合过程中水分的蒸发以及吡咯的聚合，得到的氧化石墨烯/聚吡咯异质膜从aao基底上剥离，取下，得到具有非对称结构的自支撑的柔性氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜。

10、本发明中，步骤（1）中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-2mg/ml，其中的氧化石墨烯为单片层；三氯化铁水溶液的浓度在0.1-1mol/l之间。

11、本发明中，步骤（2）中，氧化石墨烯分散液和三氯化铁水溶液的体积比为10:1-1:10；超声混合时间为30-60min。

12、本发明中，步骤（3）中，真空抽滤时的压力为0.08-0.12mpa。

13、本发明中，步骤（4）中，吡咯的醇溶液中的溶剂为乙醇；吡咯的醇溶液的浓度为0.1-1mol/l；吡咯和步骤（2）中三氯化铁的摩尔比为1：2。

14、本发明中，步骤（4）中，低温聚合时间为24-48 h。

15、和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

16、本发明利用化学氧化法在go纳米片上原位聚合吡咯。通过界面超组装策略在go中引入插层材料ppy导电聚合物颗粒，利用二者之间的强非共价键相互作用可制备得到独立自支撑、非对称、超薄的柔性异质膜。该异质复合膜的厚度大约在1.5-3.5微米之间，具有丰富的表面负电荷，非对称的润湿性、非对称的结构（使得纳米通道用于离子传输时，物理阻力更小并且浓差极化效应减弱）和组成（电荷分布），这些特征赋予该膜在能量转换、离子筛分、生物传感等领域具有广阔的应用前景，为纳米流体器件的构筑提供了一种新的构筑策略。

技术特征：

1.一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜，其特征在于，其为聚吡咯ppy嵌入氧化石墨烯片层形成的二维片层结构自支撑薄膜；其通过真空辅助过滤方法将氧化石墨烯/fe3+络合物沉积在多孔阳极氧化铝aao膜上，在氧化石墨烯/fe3+络合物上滴加单体吡咯化学氧化法低温原位聚合吡咯，再从多孔阳极氧化铝aao膜分离制得。

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜，其特征在于，氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法包括以下步骤：

3.一种根据权利要求1所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化石墨烯分散液的浓度为0.5-2mg/ml，其中的氧化石墨烯为单片层；三氯化铁水溶液的浓度在0.1-1mol/l之间。

5.根据权利要求3所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，氧化石墨烯分散液和三氯化铁水溶液的体积比为10:1-1:10；超声混合时间为30-60min。

6.根据权利要求3所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，真空抽滤时的压力为0.08-0.12mpa。

7.根据权利要求3所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，吡咯的醇溶液中的溶剂为乙醇；吡咯的醇溶液的浓度为0.1-1mol/l；吡咯和步骤（2）中三氯化铁的摩尔比为1：2。

8.根据权利要求3所述的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，低温聚合时间为24-48 h。

技术总结本发明公开了一种氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜及其制备方法；本发明的氧化石墨烯/聚吡咯纳米通道膜为二维片层结构的自支撑薄膜；其通过真空辅助过滤方法将氧化石墨烯/Fe<supgt;3+</supgt;络合物沉积在多孔阳极氧化铝AAO膜上，在氧化石墨烯纳米片上化学氧化法原位聚合吡咯，再从多孔阳极氧化铝AAO膜分离制得。本发明通过真空辅助过滤方法将氧化石墨烯/Fe<supgt;3+</supgt;络合物沉积在多孔AAO膜上，同时在氧化石墨烯/Fe<supgt;3+</supgt;络合物基底上原位聚合聚吡咯，制备得到的复合膜可以很好的改善氧化石墨烯膜的表面性质，在纳米流体离子传输领域具有极大应用潜力。技术研发人员：孔彪,郭亚欣,曾洁受保护的技术使用者：复旦大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18