手性是自然界的基本屬性，其本意為一個(gè)物體不能與其鏡像相重合，如同我們的雙手，左手與互成鏡像的右手不重合。對(duì)手性的研究，在造就工業(yè)奇跡的同時(shí)，也啟發(fā)了人類對(duì)地球生命、甚至宇宙起源的新認(rèn)知。由于手性廣泛地存在于自然界中，其不僅可用于制藥、香精和甜味劑等化學(xué)行業(yè)（2001年度獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)），還可以神奇地與各種新材料結(jié)合，在高分子薄膜材料的合成制備中起到意想不到的妙用。
雖然石墨烯材料被公認(rèn)為是世界最堅(jiān)固材料之一、氧化石墨烯（GO）膜在分離科學(xué)與技術(shù)中也顯示了巨大潛力，但其遇水等介質(zhì)后，由于靜電排斥作用非常容易發(fā)生堆疊的GO片層再分散和剝離現(xiàn)象，極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。為解決該國(guó)際性難題，近日，浙江工業(yè)大學(xué)膜分離與水科學(xué)技術(shù)研究院張國(guó)亮教授團(tuán)隊(duì)利用手性放大自然原理，創(chuàng)新性地研究開(kāi)發(fā)出協(xié)同分子聚合法（Cooperative Molecular Polymerization），將手性聚合物分子首次引入氧化石墨烯層間、自組裝制備出在液體分離中性能超穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)超堅(jiān)固的手性氧化石墨烯納濾復(fù)合膜（rGO/PLDA）。通常，普通的氧化石墨烯膜在酸性或堿性溶液中易破裂、甚至坍塌分散，而手性復(fù)合膜則在pH 3.0-10.0溶液中整體結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定。最重要的在于，手性復(fù)合膜不僅可以在實(shí)際湍流狀態(tài)下長(zhǎng)期保持優(yōu)良的選擇性分離功能，而且還能抵抗極端惡劣環(huán)境如溶液偏酸、偏堿及超聲、振蕩等外力作用，這是目前所報(bào)道的其他石墨烯基膜材料根本無(wú)法企及的，堪稱“最強(qiáng)石墨烯膜之王”。
“將軍與士兵”規(guī)則（“general and soldier” rules）
與以往氧化石墨烯膜難于上青天般的液體穩(wěn)定性截然不同的是，這種手性復(fù)合膜材料的制備非常簡(jiǎn)單，并且其單體中有著一種不尋常的配方——聚左旋多巴胺分子（英文縮寫(xiě)為PLDA）。
手性放大的“將軍與士兵”規(guī)則，通常是指小部分手性物質(zhì)的局部手性可以決定整個(gè)組合體的手性特征，并且伴隨著手性信號(hào)的放大，其本質(zhì)為聚合物中的將軍分子可以控制組合體分子體系的手性性能。因此，生物激發(fā)的手性化合物如PLDA不僅可以調(diào)節(jié)復(fù)合膜中氧化石墨烯納米片間的層間距，而且同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的手性位點(diǎn)，從而誘導(dǎo)諸多手性片段形成高度穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)、確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定的滲透性能和很高的分離選擇性。
神奇的手性錨定物
研究者還發(fā)現(xiàn)，由于加入了手性化合物如聚左旋多巴胺作為錨定物，其在化學(xué)上起到強(qiáng)大的交聯(lián)作用，在納濾成膜性能上賦予其優(yōu)異的特質(zhì)。比如：普通的氧化石墨烯膜脆性大、易斷裂、不耐水浸泡，而手性復(fù)合膜不僅可以翻轉(zhuǎn)折疊，同時(shí)不僅在水溶液中可以長(zhǎng)期保持結(jié)構(gòu)不變，而且在超聲振蕩2小時(shí)之久也毫發(fā)無(wú)損、性能十分穩(wěn)定。
由于手性聚左旋多巴胺和鄰近的rGO納米片之間的化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)和強(qiáng)大的健能，手性復(fù)合膜楊氏模量可達(dá)22.62±2.04 Gpa，是目前其他聚合物基GO復(fù)合膜的5倍以上。
獨(dú)特的納米級(jí)分子篩分
不僅如此，手性合成的rGO/PLDA復(fù)合膜在水中的溶脹距離可低至0.37 ?，且具有優(yōu)異的超低壓（1.0bar）分子篩分性能。手性復(fù)合膜可在近170小時(shí)連續(xù)湍流運(yùn)行中保持極高分子截留率（99%以上），神奇的是，普通GO膜對(duì)荷負(fù)電分子的截留遠(yuǎn)大于荷正電分子和中性分子，但手性復(fù)合膜對(duì)正/負(fù)電染料均有很好的截留效果。
采用協(xié)同分子聚合方法制備手性復(fù)合膜具有普適性，例如右旋多巴胺和氨基酸類手性物質(zhì)等均可用于制備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的手性GO納濾膜。該研究的最大意義在于，通過(guò)便捷的手性放大制備即可得到具有多種功能的納米級(jí)分子篩分膜，并且價(jià)格低廉，容易量產(chǎn)，該方法還可進(jìn)一步延伸用于其他層狀和二維膜功能材料的開(kāi)發(fā)，工業(yè)化應(yīng)用前景十分廣闊。
參考文獻(xiàn)：Y. F. Zhang; Z. H. Xu; T.T. Zhang; Q. Meng; X. Zhang; C. Shen; Y. H. Lu; G. Zhang; C. J. Gao, Self-assembly?of robust graphene oxide membranes with chirality for highly stable and?selective molecular separation. Journal of Materials Chemistry A 2020, DOI: 10.1039/D0TA05449F.
