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  石墨烯作為二維碳納米材料，被廣泛應用于能源電子、生物醫藥和化工材料等領域。目前，多位科學家根據理論計算預言石墨烯將有可能作為一種單原子層過濾膜用于海水淡化、污水處理、能源電池領域。

  近日，中國科學院蘭州化學物理研究所邱洪燈研究員帶領的“百人計劃”研究團隊與中科院近代物理研究所、蘭州大學等單位合作，利用重離子加速器輻照PET基單層石墨烯膜并結合化學蝕刻技術，成功制備出可用于水溶液中無機金屬離子分離的多孔石墨烯分離膜，研究了電場、酸度及溫度等因素對無機金屬離子的選擇性分離的影響，并結合密度泛函理論對分離過程進行模擬計算。研究表明，石墨烯納米孔對金屬離子的高選擇性源于納米孔周圍的羧基帶來的離子交換作用。該工作為多孔石墨烯分離膜的制備及石墨烯納米孔的應用提供了新的思路。研究結果發表在美國《分析化學》雜志（Analytical Chemistry, 2016, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b02175）上。

PET基單層石墨烯膜納米孔及分離機理示意圖

  此外，研究人員還發現，石墨烯納米孔對于一價堿金屬離子的過濾順序與這些金屬離子通過細胞膜的順序(Rb⁺ > K⁺ > Cs⁺ > Na⁺ > Li⁺)驚人地相似，這說明石墨烯納米孔具有類似細胞膜鉀離子通道的功能。同時，還發現石墨烯在高鹽度和酸度的環境中可以自發卷曲為類細胞尺度、結構的單層膠囊或單壁納米管，吸附磷脂的石墨烯則能形成類似細胞的雙層結構膠囊，這種結構高度類似于現有細胞結構。進一步研究證實，石墨烯可優先吸附左旋氨基酸。更為重要的是通過計算表明，石墨烯卷曲成的納米管具有類似核酸的阿爾法螺旋結構。根據這些研究推測，閃電高溫形成的石墨烯落入原始高酸度高鹽度的海洋中，自發卷曲為類細胞膜的結構，隨后在選擇性吸附米勒實驗中形成的左旋氨基酸，促使了原始蛋白在石墨烯表面的合成。同時隨著含磷化合物的出現，石墨烯進一步促使了核酸的形成，進而演化成為原始細胞。相關工作發表在《科學報告》雜志(Scientific Reports, 2015, 5, 10258) 上。

  以上工作得到了國家自然科學基金、甘肅省杰出青年基金及蘭州化物所“一三五”重點培育項目的資助。