石墨烯从它获得诺奖算起，虽然只在江湖上混了没几年，却极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。作为一种只有一个原子层尺度厚的二维新型纳米材料，石墨烯真的算是天赋异禀的武学奇才。其中衍生出的，骨骼精奇的层状堆叠的(氧化)石墨烯膜，因具有超薄、高水流量、节能等特点，有望在海水的脱盐和污水净化、气体和离子分离、生物传感、质子导体、锂电池和超级电容等领域大展拳脚。

  显然，将石墨烯膜中的片层有序化并精确地控制其片层间距离，是其在这些应用中的关键。然而，对于像纸一样的单原子尺度厚的石墨烯纳米片，要操控它非常难。尤其是在溶液环境下，它总是难以经受水的万种柔情，被水分子快速渗透、溶胀、甚至溶化在水的温柔乡里，最终忘了初心。人们曾经希望通过纳米技术将石墨烯片塑封在环氧树脂中，但这样的物理塑封要精确到一纳米的尺度，困难可想而知；人们还试图在石墨烯片层间修饰小分子，但通过小分子修饰控制的层间距，来截留、筛选小得多的离子依然是难以如愿。特别是，不同水合离子直径的差异在一埃左右，比如钙和镁、钾和钠离子的混合溶液，更是无法进行有效筛选分离。江湖事需江湖了，离子的筛选可以离子自己来解决！

  事实上，虽然离子和氧化石墨烯膜的恩怨只有几年，但是离子和芳环结构(石墨烯的主要结构)的暧昧是素来已久。芳环结构富含π电子，但直到上世纪80年代人们才发现，离子与中性芳环结构之间存在离子-π吸附作用，并在生物等领域得到了一些应用。然而水环境下水合离子与芳环结构之间的情愫(水合离子-π吸附作用)一直被忽略，主要原因在于：(1)由于水的屏蔽效应，离子与芳环结构的吸附作用会明显减弱；(2)缺失相应的计算方法，特别是缺少包含离子-π作用的经典力场用于经典分子动力学模拟。

      2008年，中国科学院上海应用物理研究所方海平团队认为水合离子-π并不能简单被忽略，特别是对石墨烯、碳纳米管、石墨等具有许多苯环的表面，他们开展了研究并发展了相应的计算方法。当然，一开始大家很可能不相信水合离子和芳环结构之间的暧昧，所以这个探究工作也可以说是十年的积累了。最近，方海平团队联合上海大学吴明红团队、南京工业大学金万勤团队和浙江农林大学学者，基于较强的水合离子-π吸附作用，将上下两片氧化石墨烯片牢牢“装订”在一起。在实验中，他们成功实现并观测到石墨烯膜与不同的离子溶液作用后确有特定的层间距，这样的间距可以小到一纳米左右，而不同离子对应的间距差异小于一埃；当石墨烯膜与水合直径小的离子结合后，具有更大水合直径的离子就难以进入该膜。因此，通过离子选择可以实现对石墨烯膜的层间距达一埃的精确“装订”。他们还设计制备了一系列水合离子控制的多孔陶瓷支撑的石墨烯复合膜，从实验上实现了不同离子间的精确筛分；对于具有最小水合直径的钾离子，由于钾离子的水合层较弱，进入石墨烯膜后水合层发生形变，导致特别小的层间距。这样，经过钾离子溶液处理的石墨烯膜能阻止水合钾离子的进入，有效截留盐溶液中包括钾离子本身在内的所有离子，并展示了该膜出色的离子筛分性能。

  该工作的作者表示，他们只是在实验室里实现了利用氧化石墨烯膜进行小尺寸离子截留/筛分。但是从实验室到工业还有非常长的路要走。所以，该工作只是对氧化石墨烯膜在水处理、离子/分子分离以及电池/电容等研究领域中的重大难题，以及其它二维材料在分离膜领域的研究提供了一点新的思路。

            离子自身精确“装订”氧化石墨烯膜用于离子截留、筛分