Графеновые «гармошки» оказались идеальными фильтрами для воды

Структуры из графена — плоских, толщиной в атом «листов» углерода — понемногу находят применение на практике, в том числе для очистки воды. Для этого используют «стопки» графеновых плоскостей, узкое пространство между которыми образует нанопоры, пропускающие молекулы воды и задерживающие загрязнения. Однако получается, что жидкость движется извилистым сложным путем, затрудняя весь процесс и повышая затраты на прокачивание воды через фильтры.

Команда профессора Роберта Хёрта (Robert Hurt) из американского Университета Брауна предложила более эффективные структуры графеновых фильтров, с «вертикальными» нанопорами: оказалось, достаточно сложить углеродные листы гармошкой. Об этом ученые пишут в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Авторы расположили слои графена на заранее растянутой эластичной подложке, после чего снимали натяжение. Возвращаясь в прежнюю форму, подложка заставляла графен образовывать многочисленные острые складки, при достаточном первоначальном натяжении — почти вертикальные. Получившуюся таким образом структуру ученые фиксировали в эпоксидной смоле, после чего срезали острые углы графеновой гармошки, открывая наноразмерные каналы, перпендикулярные плоскости листа.

©Muchun Liu et al., 2021

«Мы получили мембрану с короткими и весьма узкими порами, пролезть через которые могут лишь совсем небольшие молекулы, — говорит профессор Хёрт. — Например, вода пройдет, но органические загрязнители и многие металлические ионы уже слишком велики и будут отфильтровываться».

Исследователи назвали такие структуры «вертикально ориентированными графеновыми мембранами», сокращенно — VAGME (vertically aligned graphene membranes) и продемонстрировали их работу в эксперименте. Сквозь такие фильтры пропускали водяной пар, смешанный с молекулами гексана, которые легко отфильтровывались на них. Ученые планируют продолжить работу, чтобы в итоге представить коммерческие продукты на основе своей технологии.