水中稳定单层石墨烯的制备及其对污染物的超强吸附性能与界面机理

 申报人
杨凯杰 (环境与资源学院)
 成果简介
石墨烯是单层的2D碳纳米材料,在水体净化领域常被认为是新型高效吸附材料。但是在水体净化应用过程中,由于石墨烯表面疏水作用与π-π作用,单层的石墨烯在水中难以稳定存在,在与污染物接触前会产生强烈的纳米自团聚,团聚严重局限了其吸附能力与实际应用,消除其纳米团聚作用,得到水中稳定存在的单层化石墨烯一直是科研界一大挑战。 我们利用表面改性与电势调控的方法,提出通过纳米颗粒负载来提升单层化石墨烯在水中的稳定性。在此基础上,我们通过表面负载量与官能团的调控进一步研究了水中稳定单层石墨烯的最佳条件,在解决单层石墨烯纳米团聚的同时经济简便得解决了其回收问题,使单层石墨烯材料应用与实际成为可能。得到的单层化石墨烯与原始团聚态相比,对有机污染物的吸附能力提升了100倍,吸附性能远高于一般活性炭、生物碳、碳纳米管、膨润土、氧化铝等常见吸附材料,有望取代现有商业吸附剂,成为新型环境吸附材料。此外,我们通过负载量与表面官能团调控,充分研究了污染物在石墨烯—水界面上的吸附过程,并首次提出了石墨烯界面吸附过程中,多环芳烃对疏水界面石墨烯表面纳米水的置换过程,合理解释了石墨烯吸附过程的反常现象。同时,该研究成果成功发表于Nature子刊 Scientific Reports上,并成为该期刊评当年阅读量最多前1%的文章。
 申报人微介绍

该论文通讯作者为陈宝梁教授,是国家杰出青年基金获得者、求是特聘教授、环境与资源学院副院长,课题组长期致力于生物碳、石墨烯材料的功能化构建及其在污染物去除等领域的应用。合作者朱利中教授为环境污染控制研究所所长、农生环学部学术委员会主任,朱老师是环境科学系学术带头人,长期致力于环境污染物“阻控”及环境功能化材料制备。第一作者杨凯杰,现为环境与资源学院环境科学专业在读博士生。

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评选办法
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