CN116062742A

CN116062742A - 一种金属离子交联纳米膜的制备方法

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Publication number: CN116062742A
Application number: CN202310353920.0A
Authority: CN
Inventors: 刘明杰; 赵创奇; 周灿; 赵天艺
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2023-04-06
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2043-04-06
Also published as: CN116062742B

Abstract

本发明公开了一种金属离子交联纳米膜的制备方法，包括以下步骤：制备水凝胶，并将所制备的水凝胶在水中溶胀至饱和；将溶胀至饱和的水凝胶浸泡到金属离子水溶液中，浸泡给定时间后取出；立即将铺展溶液连续滴加到刚取出的水凝胶表面，铺展溶液在湿润水凝胶表面超铺展，进行界面成膜反应，待反应完成后，即在水凝胶表面得到纳米膜；将纳米膜转移到任意固体表面，干燥后洗涤除去多余的金属离子，干燥后从固体表面剥离，得到金属离子交联纳米膜。本发明制备的金属离子交联纳米膜稳定性高、取向度高、层间距达到埃级别的精确可控、在水中不发生明显溶胀，层间距与空气中基本保持一致，在水处理、离子/分子分离、电池、电容等领域具有广泛应用前景。

Description

一种金属离子交联纳米膜的制备方法

技术领域

本发明属于纳米膜的制备技术领域，具体地，本发明主要涉及一种金属离子交联纳米膜的制备方法。

背景技术

二维的纳米膜在分子或离子筛分、海水淡化、选择性传输、能量存储和收集、生物传感等领域具有重要应用。在膜分离领域，纳米膜的层间距、取向度都对膜的分离性能起着决定性的作用，而纳米膜的稳定性是其在不同溶液环境中长期应用的先决条件。而且二维纳米膜的层间距与分子尺寸处于同一个数量级，通过调控二维纳米通道的尺寸使其与反应物分子的尺寸相匹配，二维纳米膜可以作为二维纳米限域通道用于各种限域反应，如限域催化、限域聚合。因此，对纳米膜层间距的精确调控以及提升纳米膜的稳定性与取向度不仅可以使纳米膜克服传统分离膜所表现出的缺陷，而且可以使纳米膜作为限域反应的平台，具有重要意义。

纳米膜的纳米片含氧官能团中氧原子的孤电子对、芳香环结构的离域π键与金属阳离子的空轨道之间通过配位作用、阳离子-π作用发生耦合，能提升纳米膜的稳定性，还可通过金属离子的选择实现对纳米膜层间距的精确调控，而对纳米膜的精确调控有利于纳米膜用于对目标离子、分子的精确筛分。

目前，已有一些研究将金属离子引入纳米片层间，如将金属离子溶液与氧化石墨烯纳米片分散液直接混合后抽滤成膜或蒸发溶剂成膜，或者将已经制备好的氧化石墨烯纳米膜浸泡到金属离子溶液中以将金属离子引入氧化石墨烯纳米片层间。但直接混合金属离子溶液与纳米片分散液会生成团聚，使膜不均匀、取向差、稳定性与机械性能欠佳，难以用于实际应用，而在制成膜之后再浸泡金属离子溶液又会因金属离子进入膜的传质阻力较大使得层间金属离子的含量较低，难以实现对膜层间距的精确控制。

采用超铺展方法将铺展溶液连续滴加到凝胶界面进行界面成膜反应可以实现在成膜过程中将金属离子引入纳米片层间，超铺展剪切液流能诱导纳米片取向实现纳米膜的高取向度，超铺展方法还能实现膜的大面积制备，可以克服上述方法所表现出的缺陷。但现有的超铺展方法通过海藻酸钠与钙离子交联成膜，必须在铺展溶液中加入海藻酸钠高分子，但高分子交联剂本身尺寸较大，会使得纳米膜的层间距较大，难以实现对层间距的精确调控，影响纳米膜的通道规整性与分离性能，更重要的是海藻酸钠填充在纳米片层间会阻塞纳米限域通道，限制了二维纳米膜作为限域反应平台的应用。而且现有的超铺展方法是在油下水凝胶表面制膜，有待进一步简化工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种金属离子交联纳米膜的制备方法，选择金属离子作为交联剂，通过铺展溶液在空气中湿润水凝胶表面的超铺展行为进行纳米膜制备，在纳米膜的成膜过程中引入金属离子，通过纳米片含氧官能团中氧原子的孤电子对、芳香环结构的离域π键与金属阳离子的空轨道之间的配位作用、阳离子-π作用提升纳米膜的稳定性，通过对金属离子种类的选择实现对纳米膜层间距埃级别的精确调控，通过超铺展剪切液流诱导纳米片取向提高纳米膜的取向度，以实现纳米膜的高稳定性、高取向度及埃级别精确可控的层间距，且本制备方法简单高效、易于大面积制备，对原有的超铺展制膜方法进行了工艺上的简化与适用范围的拓展，在水处理、离子/分子分离、电池、电容、限域反应等领域得到重要应用。本发明采用如下技术方案：

一种金属离子交联纳米膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备水凝胶，并将所制备的水凝胶在水中溶胀至饱和；

（2）将溶胀至饱和的水凝胶浸泡到金属离子水溶液中，浸泡给定时间后取出；

（3）立即将铺展溶液连续滴加到刚取出的水凝胶表面，铺展溶液在湿润水凝胶表面超铺展，进行界面成膜反应，待反应完成后，即在水凝胶表面得到纳米膜；

（4）将纳米膜转移到任意固体表面，干燥后洗涤除去多余的金属离子，干燥后从固体表面剥离，得到金属离子交联纳米膜。

优选的，所述水凝胶为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、海藻酸钠水凝胶中的任一种。

上述金属离子交联纳米膜的制备方法中，所述铺展溶液的成分、铺展溶液的浓度、金属离子的种类都会对所制备的纳米膜的厚度、层间距造成影响，因此可以通过控制铺展溶液的成分、铺展溶液的浓度、金属离子的种类，根据应用需求灵活控制纳米膜的厚度、层间距。

优选的，所述金属离子水溶液的金属离子为Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺中的一种或多种。

优选的，所述金属离子水溶液的浓度为0.1-5M。

优选的，所述水凝胶浸泡到金属离子水溶液中12-24h后取出。特别的，浸泡24h后取出。

优选的，所述铺展溶液为氧化石墨烯（GO）和/或粘土溶液。

优选的，所述铺展溶液为氧化石墨烯（GO）溶液时，浓度为0.5-2.5mg/mL；所述铺展溶液为粘土溶液时，浓度为20mg/mL；所述铺展溶液为氧化石墨烯（GO）和粘土的混合溶液时，氧化石墨烯（GO）的浓度为1mg/mL，粘土的浓度为0.1-9mg/mL。

优选的，所述固体表面为聚四氟乙烯膜表面。

优选的，所述干燥温度均为室温，干燥时间均为12h。

一种金属离子交联纳米膜，采用上述金属离子交联纳米膜的制备方法进行制备，所述金属离子交联纳米膜为金属离子交联氧化石墨烯膜、或金属离子交联粘土膜、或金属离子交联氧化石墨烯-粘土膜；所述金属离子交联纳米膜具有纳米片层层堆叠结构，金属离子均匀分布在纳米片层间，并通过阳离子-π作用、配位作用交联纳米片，提升纳米膜的稳定性，并精确控制纳米膜的层间距。

特别的，所述金属离子交联纳米膜的厚度为0.1-20μm，所述纳米片的厚度为0.8-1.2nm，所述金属离子交联纳米膜的层间距为0.8-1.05nm。

特别的，所述金属离子交联纳米膜的取向度高，所述铺展溶液为1mg/ mL 氧化石墨烯，所述金属离子水溶液分别为1M NaCl、MgCl₂、FeCl₃时，金属离子交联氧化石墨烯纳米膜的赫尔曼取向因子分别为0.93，0.94，0.93。

特别的，所述纳米膜可由金属离子实现对其层间距埃级别的精确控制，所述水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶，所述铺展溶液为1mg/ mL 氧化石墨烯，所述金属离子水溶液分别为1M NaCl、NaOH、NaNO₂、KCl、MgCl₂、FeCl₃、AlCl₃时，金属离子交联氧化石墨烯纳米膜在空气中的层间距分别为8.2±0.2Å、8.6±0.1Å、8.0±0.1Å、8.1±0.2Å、8.6±0.1Å、9.5±0.1Å、10.3±0.2Å。

特别的，所述纳米膜在水中不发生明显溶胀，纳米膜在水中的层间距与在空气中基本保持一致，所述水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶，所述铺展溶液为1mg/ mL 氧化石墨烯，所述金属离子水溶液分别为1M NaCl、NaOH、NaNO₂、KCl、MgCl₂、CaCl₂、FeCl₃、AlCl₃时，金属离子交联氧化石墨烯纳米膜在水中的层间距分别为8.1±0.1Å、8.7±0.1Å、7.9±0.1Å、8.1±0.2Å、8.7±0.1Å、8.4±0.1 Å、9.5±0.1Å、10.4±0.1Å。

特别的，所述金属离子交联纳米膜静置在水、强酸、强碱、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺的溶液环境中时能够稳定存在至少两个月，保持完整不分解。

一种金属离子交联纳米膜在水处理、离子/分子分离、电池、电容、限域反应领域中的应用。

本发明相对于现有技术的有益效果：

本发明制备的金属离子交联纳米膜稳定性高、取向度高、层间距达到埃级别的精确可控、在水中不发生溶胀，层间距与空气中保持一致，在水处理、离子/分子分离、电池、电容、限域反应等领域具有广泛应用前景。

附图说明

图1(a)-图1(c)分别是实施例1、实施例2、实施例6中制备的金属离子交联氧化石墨烯膜的横截面扫描电镜图与金属元素的面扫图。

图2是对比例1、实施例1、实施例2、实施例6中制备的氧化石墨烯膜的红外谱图。

图3是实施例1制备的镁离子交联氧化石墨烯膜的X射线光电子能谱图。

图4是实施例1制备的镁离子交联氧化石墨烯膜Mg 1s的X射线光电子能谱图。

图5(a)-图5(d)分别是对比例1、实施例1、实施例2、实施例6中制备的氧化石墨烯膜的C 1s的X射线光电子能谱图。

图6(a)-图6(c)分别是实施例1、实施例2、实施例6中制备的氧化石墨烯膜的GIWAXS 图像。

图7(a)-图7(c)分别是实施例1、实施例2、实施例6中制备的氧化石墨烯膜的方位角图与取向因子。

图8是实施例1-7、对比例1中制备的氧化石墨烯膜在空气中的层间距对比图。

图9是实施例1-7、对比例1中制备的氧化石墨烯膜在水中的层间距对比图。

图10是对比例1制备的纯氧化石墨烯膜的稳定性测试图。

图11是实施例1制备的镁离子交联氧化石墨烯膜的稳定性测试图。

图12是实施例8制备的镁离子交联粘土膜的横截面扫描电镜图。

图13是实施例9制备的镁离子交联氧化石墨烯-粘土膜的横截面扫描电镜图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明所述金属离子交联纳米膜及其制备方法作进一步说明。

实施例1

本实施例中，制备镁离子交联的氧化石墨烯膜，步骤如下：

1）自由基聚合制备聚丙烯酰胺水凝胶。将15g丙烯酰胺、0.3g N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、0.3g过硫酸铵溶解在100mL去离子水中，混合均匀。然后加入300μL N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，混合均匀，倒入反应容器中，室温下聚合5分钟，制备得到聚丙烯酰胺水凝胶。然后将聚丙烯酰胺水凝胶浸泡到大量去离子水中以除去未反应的单体，并使其充分溶胀。

2）将充分溶胀后的水凝胶取出，裁剪成矩形，每块大小为10 cm×10 cm，放到容器中，加入200 mL 1 M MgCl₂溶液浸泡一小时后取出放置于干净的玻璃板上。

3）取4 mL 1 mg/mL GO 溶液，迅速滴加到水凝胶表面，反应 2 min后，即可得到纳米膜。将反应得到的纳米膜用去离子水充分清洗后转移到聚四氟乙烯膜上，室温干燥后得到聚四氟乙烯基底支撑的GO 膜，亦可将得到的纳米膜从聚四氟乙烯膜上剥离下来，得到自支撑的GO膜。另外，生成的GO膜还可以转移到例如玻璃、滤纸、硅片等各种固体表面。

制备获得的镁离子交联的氧化石墨烯膜表面均匀平整没有缺陷，尺寸为10 cm×10 cm，说明本发明提供的方法适用于金属离子交联纳米膜的大面积制备，有利于实现纳米膜的低成本规模化生产。

如图1（a）所示，镁离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，镁离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.59μm。

如图2所示，对比纯氧化石墨烯膜，红外光谱中镁离子交联的氧化石墨烯膜的羧基中的C=O峰与环氧键中的C-O峰均明显降低，说明镁离子与羧基发生配位，并使环氧键断裂。

如图3、图4所示，在X射线光电子能谱中检测到了Mg的1s峰。

如图5（b）所示，对比纯氧化石墨烯膜，C 1s的X射线光电子能谱图中镁离子交联的氧化石墨烯膜的羧基与环氧键均明显减少，与红外结果一致，均证明了镁离子对氧化石墨烯的交联。

如图6（a）、7（a）所示，GIWAXS结果显示镁离子交联的氧化石墨烯膜取向度高，取向因子高达0.94。

如图8、9所示，镁离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为8.6±0.1Å、8.7±0.1Å，未发生明显变化，说明镁离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

如图11所示，对比纯氧化石墨烯膜，镁离子交联的氧化石墨烯膜在水、强酸、强碱、N,N-二甲基甲酰胺的溶液环境中稳定性提升，能够稳定存在至少两个月。

实施例2

本实施例中，钠离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M NaCl溶液。

如图1（b）所示，钠离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，钠离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.55μm。

如图2所示，对比纯氧化石墨烯膜，红外光谱中钠离子交联的氧化石墨烯膜的羧基中的C=O峰与环氧键中的C-O峰均明显降低，说明钠离子与羧基发生配位，并使环氧键断裂。

如图5（c）所示，对比纯氧化石墨烯膜，C 1s的X射线光电子能谱图中钠离子交联的氧化石墨烯膜的羧基与环氧键均明显减少，与红外结果一致，均证明了钠离子对氧化石墨烯的交联。

如图6（b）、7（b）所示，GIWAXS结果显示钠离子交联的氧化石墨烯膜取向度高，取向因子高达0.93。

如图8、9所示，采用NaCl溶液制备获得的钠离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为8.2±0.2Å、8.1±0.1Å，未发生明显变化，说明钠离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例3

本实施例中，钠离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M NaOH溶液。

采用NaOH溶液制备获得的钠离子交联的氧化石墨烯膜，纳离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，钠离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.56μm。

如图8、9所示，采用NaOH溶液制备获得的钠离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为8.6±0.1Å、8.7±0.1Å，未发生明显变化，说明钠离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例4

本实施例中，钠离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M NaNO₂溶液。

采用NaNO₂溶液制备获得的钠离子交联的氧化石墨烯膜，纳离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，钠离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.60μm。

如图8、9所示，采用NaNO₂溶液制备获得的钠离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为8.0±0.1Å、7.9±0.1Å，未发生明显变化，说明钠离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例5

本实施例中，钾离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M KCl溶液。

采用KCl溶液制备获得的钾离子交联的氧化石墨烯膜，钾离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，钾离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.53μm。

如图8、9所示，采用KCl溶液制备获得的钾离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距均为8.1±0.2Å，说明钾离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例6

本实施例中，铁离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M FeCl₃溶液。

如图1（c）所示，铁离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，铁离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.66μm。

如图2所示，对比纯氧化石墨烯膜，红外光谱中铁离子交联的氧化石墨烯膜的羧基中的C=O峰与环氧键中的C-O峰均明显降低，说明铁离子与羧基发生配位，并使环氧键断裂。

如图5（d）所示，对比纯氧化石墨烯膜，C 1s的X射线光电子能谱图中铁离子交联的氧化石墨烯膜的羧基与环氧键均明显减少，与红外结果一致，均证明了铁离子对氧化石墨烯的交联。

如图6（c）、7（c）所示，GIWAXS结果显示铁离子交联的氧化石墨烯膜取向度高，取向因子高达0.93。

如图8、9所示，采用FeCl₃溶液制备获得的铁离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距均为9.5±0.1Å，说明铁离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例7

本实施例中，铝离子交联的氧化石墨烯膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤2）中200mL 1 M MgCl₂溶液替换为200 mL 1 M AlCl₃溶液。

采用AlCl₃溶液制备获得的铝离子交联的氧化石墨烯膜，铝离子在氧化石墨烯膜片层间均匀分布，氧化石墨烯纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，铝离子交联的氧化石墨烯膜厚度约为0.63μm。

如图8、9所示，采用AlCl₃溶液制备获得的铝离子交联的氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为10.3±0.2Å、10.4±0.1Å，未发生明显变化，说明铝离子的交联作用使氧化石墨烯膜在水中不发生溶胀，保持层间距固定。

实施例8

本实施例中，镁离子交联的粘土膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤3）中4mL 1 mg/mL GO 溶液替换为4 mL 20 mg/mL 粘土溶液。

如图12所示，采用粘土溶液制备获得的镁离子交联的粘土膜，纳米片层层堆叠，粘土纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，镁离子交联的粘土膜厚度约为9.6μm。

实施例9

本实施例中，镁离子交联的氧化石墨烯-粘土膜的制备方法与实施例1的操作基本相同，不同之处仅在于：步骤3）中4mL 1 mg/mL GO 溶液替换为4 mL GO-粘土的混合溶液，GO与粘土浓度均为1mg/mL。

如图13所示，采用GO-粘土的混合溶液制备获得的镁离子交联的氧化石墨烯-粘土膜，纳米片层层堆叠，氧化石墨烯-粘土纳米片的厚度约为0.8-1.2nm，镁离子交联的氧化石墨烯-粘土膜厚度约为4.5μm。

对比例1

本对比例中，制备纯氧化石墨烯膜。

取10 mL浓度为1 mg/mL的氧化石墨烯分散液，倒在培养皿中，60℃烘干后剥离即得到纯氧化石墨烯膜。

如图8、9所示，纯氧化石墨烯膜在空气中的层间距与在水中的层间距分别为8.5±0.1Å、12.5±0.1Å，发生明显变化，说明纯氧化石墨烯膜在水中发生溶胀，层间距变大。

如图10所示，纯氧化石墨烯膜在水、强酸、强碱、N,N-二甲基甲酰胺的溶液环境中稳定性较差，在两个月后均出现明显分解。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种金属离子交联纳米膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备水凝胶，并将所制备的水凝胶在水中溶胀至饱和；

2.根据权利要求1所述的一种金属离子交联纳米膜的制备方法，其特征在于，所述水凝胶为聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚N,N-二甲基丙烯酰胺、聚N-异丙基丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚乙二醇、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、海藻酸钠水凝胶中的任一种。

3.根据权利要求1所述的一种金属离子交联纳米膜的制备方法，其特征在于，所述金属离子水溶液的金属离子为Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Al³⁺中的一种或多种，所述金属离子水溶液的浓度为0.1-5M，浸泡12-24h后取出。

4.根据权利要求1所述的一种金属离子交联纳米膜的制备方法，其特征在于，所述铺展溶液为氧化石墨烯和/或粘土溶液；所述铺展溶液为氧化石墨烯溶液时，浓度为0.5-2.5mg/mL；所述铺展溶液为粘土溶液时，浓度为20mg/mL；所述铺展溶液为氧化石墨烯和粘土的混合溶液时，氧化石墨烯的浓度为1mg/mL，粘土的浓度为0.1-9mg/mL。

5.根据权利要求1所述的一种金属离子交联纳米膜的制备方法，其特征在于，所述固体表面为聚四氟乙烯膜表面；所述干燥温度均为室温，干燥时间均为12h。

6.一种金属离子交联纳米膜，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的金属离子交联纳米膜的制备方法进行制备，所述金属离子交联纳米膜为金属离子交联氧化石墨烯膜、或金属离子交联粘土膜、或金属离子交联氧化石墨烯-粘土膜；所述金属离子交联纳米膜具有纳米片层层堆叠结构，金属离子均匀分布在纳米片层间，并通过阳离子-π作用、配位作用交联纳米片。

7.根据权利要求6所述的一种金属离子交联纳米膜，其特征在于，所述金属离子交联纳米膜的厚度为0.1-20μm，所述纳米片的厚度为0.8-1.2nm，所述金属离子交联纳米膜的层间距为0.8-1.05nm；所述金属离子交联纳米膜的取向因子均不低于0.93。

8.根据权利要求7所述的一种金属离子交联纳米膜，其特征在于，所述水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶，所述铺展溶液为1mg/mL 氧化石墨烯，所述金属离子水溶液分别为1M NaCl、NaOH、NaNO₂、KCl、MgCl₂、FeCl₃、AlCl₃时，金属离子交联氧化石墨烯纳米膜在空气中的层间距分别为8.2±0.2Å、8.6±0.1Å、8.0±0.1Å、8.1±0.2Å、8.6±0.1Å、9.5±0.1Å、10.3±0.2Å。

9.根据权利要求6-8任一项所述的一种金属离子交联纳米膜，其特征在于，所述金属离子交联纳米膜静置在水、强酸、强碱、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺的溶液环境中时能够稳定存在至少两个月，保持完整不分解。

10.根据权利要求6-9任一项所述的一种金属离子交联纳米膜在水处理、离子/分子分离、电池、电容、限域反应领域中的应用。