石墨烯是一種單層sp²雜化碳同素異形體，對除氫以外的各類原子實體均表現(xiàn)出不可滲透性，缺陷的引入可實現(xiàn)對特定氣體的選擇性滲透，但對鹵化物滲透的精確實驗觀測仍是空白。德國維爾茨堡大學(xué)Frank Würthner研究團(tuán)隊首次在石墨烯中制造出一種缺陷，這種缺陷允許鹵化物離子通過，將在海水淡化、傳感監(jiān)測等方面展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。

研究團(tuán)隊利用自聚集的超分子原理，構(gòu)建了一個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的雙層納米石墨烯，具有精確原子級單個苯大小的孔，直徑為1.4 Å，任何被困在雙層納米石墨烯空腔內(nèi)的鹵化物都必須通過單個苯孔滲透。實驗揭示了氟化物、氯化物和溴化物通過單個苯孔的滲透性，但碘化物無法滲透通過。氯化物在單層納米石墨烯上展現(xiàn)出高滲透性，且在雙層納米石墨烯中能實現(xiàn)對鹵化物的選擇性。這些發(fā)現(xiàn)為利用石墨烯中單苯缺陷開發(fā)人工鹵化物受體、制造過濾膜以及進(jìn)一步構(gòu)建多層人工氯化物通道提供了希望。下一步，研究團(tuán)隊將構(gòu)建更大的納米石墨烯堆疊結(jié)構(gòu)，利用這些堆疊結(jié)構(gòu)來研究離子的流動，類似生物離子通道中的流動過程。

雙層納米石墨烯中單個苯缺陷吸收和結(jié)合氯離子（綠色）

信息來源：先進(jìn)制造與新材料情報研究