第一作者：Chi Cheng
通訊作者：李丹、劉哲
通訊單位：墨爾本大學
研究亮點：
1. 利用多層石墨烯材料的層間極限限域（< 2 nm），成功構筑了能夠研究固液界面雙電層內離子運輸現象本質的實驗平臺。
2. 首次揭示了離子關聯（ion-ion correlations）可用于在電調控離子傳輸性質中特殊作用，為電化學儲能和膜分離技術的發展提供了新思路。
對極限限域下離子傳輸特殊行為的研究具有重要意義，但由于各種因素這項研究存在一些難點。
有鑒于此，墨爾本大學李丹教授和劉哲教授團隊合作，通過巧妙利用多層堆疊石墨烯材料的本征性質，成功開發了出了一種新型石墨烯膜材料研究平臺。
a) 多層堆疊石墨烯納米離子測試平臺, b) 離子通過石墨烯層間納米孔道的擴散曲線，c) 程式化電控制離子擴散曲線，d）電控離子擴散響應時間和循環穩定特征。
研究人員將多層堆疊石墨烯材料一物多用。憑借這種材料一來可以自組裝形成塊體薄膜，其層狀納米孔道網絡尺寸在10 nm 以下連續可調，再加之它具備很好的導電能力，可以直接用作超級電容器電極研究離子在不同電極化程度及超微納米孔道中傳輸性質的實驗平臺，超越傳統納米加工的極限。
研究發現，離子濃差擴散行為在通過限域納米孔道時，會直接受到雙電層極化程度的影響，并且影響方式極為特別。傳統理論認為，在較高極化的納米孔道中，共離子(co ion)和對離子(counter ion)離子濃度差距擴大，由于共離子濃度降低，整體離子擴散由此受阻。然而實驗觀測發現，共離子和對離子離子濃度差距不增反減，離子擴散隨著納米孔道極化程度大幅提高。進一步的模擬分析揭示，在極小的納米孔道中，離子關聯作用會變的很強，在高極化的納米孔道中反而會形成高濃度的共離子層。
總之，這項發現為實現對離子傳輸性質的有效調控提供了一種新機制。
參考文獻：
Cheng C, Jiang G, Simon G P, et al. Low-voltage electrostatic modulation of ion diffusion through layered graphene-based nanoporous membranes[J].Nature Nanotechnology, 2018.
https://www.nature.com/articles/s41565-018-0181-4
DOI：10.1038/s41565-018-0181-4
作者簡介：
李丹教授團隊多年來專注于多層堆疊石墨烯結構的合成，微結構調控及應用探索，近年來不斷取得新的突破。 2011年，該團隊首次提出了石墨烯多層膜用于納濾膜的概念 （Chem Comm 47, 5810 (2011)。隨后，他們進一步開發出了層間距可連續調控的多層石墨烯膜，并由此提出制備高密度超級電容器儲能材料的核心設計思想 (Science, 341, 534 (2013))。同時，利用這一類獨特的石墨烯薄膜材料對離子在納米限域中的傳輸性質展開了系統研究， 首次給出了10 納米以下離子傳輸性質的納米限域效應規律 (Science Advances, 2, e1501272 (2016))，展示了這類材料在智能分離膜（Advanced Functional Materials 25, 126 (2015)）及骨再生中的獨特應用（Advanced Materials, 28, 4015 (2016)）。
