石墨烯氧化物由于杰出的水滲透性和分子篩選性能受到廣泛的關(guān)注，其工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)也具有較好的現(xiàn)實(shí)前景，但是氧化石墨烯膜（graphene oxide membranes）的離子篩分（ion sieving）和脫鹽技術(shù)方面的應(yīng)用受限于其9埃米的滲透臨界值（permeation cutoff），因?yàn)楸葌鹘y(tǒng)水合鹽離子的尺寸要大，而其臨界值由13.5埃米的層間距（interlayer spacing）所決定。標(biāo)準(zhǔn)的石墨烯氧化薄片在水中會(huì)膨脹，在浸水的薄片上獲得較小的層間距是一個(gè)挑戰(zhàn)。曼徹斯特大學(xué)國立石墨烯研究所的研究人員通過物理局限（physical confinement）的方法成功實(shí)現(xiàn)精確可調(diào)的離子篩分，制備出了層間距為9.8到6.4埃米的薄片，避免了膜在水中的溶脹，抑制離子的透過而不影響水的通過，對NaCl有97%的截留率，具有大規(guī)模海水淡化的潛力。

具有亞納米孔徑的選擇性滲透膜由于其和生物膜相似的功能、以及其在水過濾、分子分離、脫鹽等的應(yīng)用，吸引了廣泛的關(guān)注。納米孔徑的尺寸比水合離子的直徑要小會(huì)提高離子選擇性，因?yàn)殡x子在滲透過這些原子尺寸篩時(shí)需要脫水。離子脫水效應(yīng)（ion dehydration effects）已經(jīng)被廣泛研究，但是因?yàn)闃?gòu)造出具有齊整的明確的亞納米級(jí)孔較為困難，所以由脫水所控制的離子篩分很有限。制備出脫水輔助選擇性的膜將是向前邁出的重要一步。目前大多數(shù)的新膜研究都集中在提高水通量而不是離子選擇性，由實(shí)際相關(guān)過濾過程的建模顯示高于目前可得的水滲透率對于整體的脫鹽效率并沒有多大的貢獻(xiàn)。

基于高水-離子選擇性的替代方法可能為提高過濾技術(shù)開辟新的可能，目前高水平的膜由于溶液擴(kuò)散機(jī)理所限制，因?yàn)樗肿尤芙庥谀げ牧现校U(kuò)散通過膜。碳納米材料、碳納米管和石墨烯是可靠的膜材料。但是，這些膜工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)較難，特別是單層石墨烯也是一種作為制備亞納米孔的離子排斥膜的好材料，但是在工業(yè)規(guī)模較難制備出高密度和齊整的孔徑，因?yàn)樯婕斑^程中的隨機(jī)特性。

石墨烯氧化物（graphene oxide，GO）是石墨烯的化學(xué)衍生物，由于其杰出的水滲透性和分子篩選性能受到廣泛的關(guān)注，其工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)也具有較好的現(xiàn)實(shí)前景。通過GO膜的分子滲透是順著石墨烯原始通道的網(wǎng)格的，其中還有40-60%沒有被功能化。它們的篩分性能由層間距所決定，取決于環(huán)境的濕度。將其進(jìn)入水中時(shí)，會(huì)在GO片之間插入2-3層的水分子，由此導(dǎo)致膨脹現(xiàn)象，層間距為13.5埃米。

該課題組展示了怎樣通過物理局限的方法來完成精確可調(diào)的離子篩分，突破其13.5埃米的層間距，制備出了層間距為9.8到6.4埃米的薄片，篩分的尺寸比水合離子直徑要小。在這種情形下，離子滲透由熱激活，能壘（energy barriers）根據(jù)層間距的不同，在10-100KJmol-1之間。重要的是，隨著篩分尺寸的降低，滲透指數(shù)成倍的降低，而對水的轉(zhuǎn)運(yùn)影響較小（因素<2）。后者是因?yàn)樗肿舆M(jìn)入的低屏障和石墨烯毛細(xì)管內(nèi)部的較大的滑移長度（slip lengths）?；谶@些發(fā)現(xiàn)，展示了一種簡單的可工業(yè)化的的基于石墨烯的有限膨脹膜，對于NaCl有97%的截留率。