The emergence of Turing structures is of fundamental importance, and designing these structures and developing their applications have practical effects in chemistry and biology. We use a facile route based on interfacial polymerization to generate Turing-type polyamide membranes for water purification. Manipulation of shapes by control of reaction conditions enabled the creation of membranes with bubble or tube structures. These membranes exhibit excellent water-salt separation performance that surpasses the upper-bound line of traditional desalination membranes. Furthermore, we show the existence of high water permeability sites in the Turing structures, where water transport through the membranes is enhanced.

Pressure-driven ultrafiltration membranes are important in separation applications. Advanced filtration membranes with high permeance and enhanced rejection must be developed to meet rising worldwide demand. Here we report nanostrand-channelled graphene oxide ultrafiltration membranes with a network of nanochannels with a narrow size distribution (3–5 nm) and superior separation performance. This permeance offers a 10-fold enhancement without sacrificing the rejection rate compared with that of graphene oxide membranes, and is more than 100 times higher than that of commercial ultrafiltration membranes with similar rejection. The flow enhancement is attributed to the porous structure and significantly reduced channel length. An abnormal pressure-dependent separation behaviour is also reported, where the elastic deformation of nanochannels offers tunable permeation and rejection. The water flow through these hydrophilic graphene oxide nanochannels is identified as viscous. This nanostrand-channelling approach is also extendable to other laminate membranes, providing potential for accelerating separation and water-purification processes. Pressure-driven ultrafiltration membranes are important for industrial and environmental applications. Here, the authors describe nanochannelled graphene oxide membranes, fabricated via a copper hydroxide nanostrand templating approach and evaluate their performance in water purification processes.

Two dimensional (2-D) Ti3C2Tx nanosheets are obtained by etching bulk Ti3C2Tx powders in HF solution and delaminating ultrasonically, which exhibit excellent removal capacity for toxic Cr(VI) from water, due to their high surface area, well dispersibility, and reductivity. The Ti3C2Tx nanosheets delaminated by 10% HF solution present more efficient Cr(VI) removal performance with capacity of 250 mg g–1, and the residual concentration of Cr(VI) in treated water is less than 5 ppb, far below the concentration (0.05 ppm) of Cr(VI) in the drinking water standard recommended by the World Health Organization. This kind of 2-D Ti3C2Tx nanosheet can not only remove Cr(VI) rapidly and effectively in one step from aqueous solution by reducing Cr(VI) to Cr(III) but also adsorb the reduced Cr(III) simultaneously. Furthermore, these reductive 2-D Ti3C2Tx nanosheets are generally explored to remove other oxidant agents, such as K3[Fe(CN)6], KMnO4, and NaAuCl4 solutions, by converting them to low oxidation states. These significantly expand the potential applications of 2-D Ti3C2Tx nanosheets in water treatment.

Abstract Lithium–sulfur batteries are promising technologies for powering flexible devices due to their high energy density, low cost and environmental friendliness, when the insulating nature, shuttle effect and volume expansion of sulfur electrodes are well addressed. Here, we report a strategy of using foldable interpenetrated metal-organic frameworks/carbon nanotubes thin film for binder-free advanced lithium–sulfur batteries through a facile confinement conversion. The carbon nanotubes interpenetrate through the metal-organic frameworks crystal and interweave the electrode into a stratified structure to provide both conductivity and structural integrity, while the highly porous metal-organic frameworks endow the electrode with strong sulfur confinement to achieve good cyclability. These hierarchical porous interpenetrated three-dimensional conductive networks with well confined S 8 lead to high sulfur loading and utilization, as well as high volumetric energy density.

Water transport through graphene-derived membranes has gained much interest recently due to its promising potential in filtration and separation applications. In this work, we explore water permeation in graphene oxide membranes using atomistic simulations and theoretical analysis, by considering flow through the interlayer gallery, expanded channels such as wrinkles of interedge spaces, and pores within the sheet. We find that, although flow enhancement can be established by nanoconfinement, fast water transport through pristine graphene channels is prohibited by a prominent side-pinning effect from capillaries formed within oxidized regions. We then discuss several flow enhancement mechanisms through the porous microstructures of graphene oxide membranes. These understandings are integrated into a complete picture to understand water permeation through the layer-by-layer and porous microstructure and can guide rational design of functional membranes for energy and environmental applications.

For the first time, pressure, salt concentration and pH demonstrated advantages for tuning the nanochannels within lamellar graphene oxide (LGO) membranes to control the separation of small molecules. This provides a new avenue for designing and engineering efficient LGO membranes for molecular separation.

Porous Membranes Thin semi-permeable membranes are commonly used as chemical barriers or for filtration purposes. While the size of the pores will influence which molecules are able to pass, other factors—including the surface chemistry of the pore walls, electrostatic interactions, and differences in solubility—can also affect the diffusion rates. There is also a trade-off between the thickness of the membrane regarding strength and permeation rates (see the Perspective by Paul ). Karan et al. (p. 444 ) fabricated membranes from amorphous carbon, which showed excellent strength and could be used for filtrations involving organic solvents. Nair et al. (p. 442 ) observed unusual behavior in graphene-based membranes which were able to prevent the diffusion of many small-molecule gases, including helium, but showed almost barrier-free movement of water.

Due to their unique physical and chemical properties, graphene oxide nanosheets represent an emerging star material for novel separation membranes.

Abstract Chemodynamic therapy (CDT), enabling selective therapeutic effects and low side effect, attracts increasing attention in recent years. However, limited intracellular content of H 2 O 2 and acid at the tumor site restrains the lasting Fenton reaction and thus the anticancer efficacy of CDT. Herein, a nanoscale Co–ferrocene metal–organic framework (Co‐Fc NMOF) with high Fenton activity is synthesized and combined with glucose oxidase (GOx) to construct a cascade enzymatic/Fenton catalytic platform (Co‐Fc@GOx) for enhanced tumor treatment. In this system, Co‐Fc NMOF not only acts as a versatile and effective delivery cargo of GOx molecules to modulate the reaction conditions, but also possesses excellent Fenton effect for the generation of highly toxic •OH. In the tumor microenvironment, GOx delivered by Co‐Fc NMOF catalyzes endogenous glucose to gluconic acid and H 2 O 2 . The intracellular acidity and the on‐site content of H 2 O 2 are consequently promoted, which in turn favors the Fenton reaction of Co‐Fc NMOF and enhances the generation of reactive oxygen species (ROS). Both in vitro and in vivo results demonstrate that this cascade enzymatic/Fenton catalytic reaction triggered by Co‐Fc@GOx nanozyme enables remarkable anticancer properties.