多孔石墨烯薄膜因其原子厚度高、渗透率高、气体选择性低而成为气体分离领域的一种很有前途的选择。虽然将孔径减小到3 nm以下有望提高分子筛对气体的选择性,但在石墨烯表面形成大量均匀的小孔极具挑战性。
近日,瑞士弗里堡大学Ali Coskun报道了引入了一种通过在多孔石墨烯表面沉积金来缩小孔径的方法,以调节膜的孔径和厚度,实现大量的小孔。
文章要点
1)研究人员发现,在石墨烯表面形成大量孔径在3 nm以下的孔可以促进气体-表面相互作用和增强分子筛分效应。此外,Au层的沉积改变了石墨烯的孔边化学,使表面扩散机制在具有大孔(20-30 nm)的情况下仍能获得高于Knudsen选择性的H2/Gas选择性。
2)研究人员展示了在超高渗透范围内获得优异的H2/CO2选择性值的可行性。此外,研究人员还成功地证明了在保持高透气值的同时,通过缩孔可以提高石墨烯膜的气体选择性。
该策略可以指导使用2D材料作为高渗透载体的高选择性气体分离膜的设计。
参考文献
Timur Ashirov, A. Ozgur Yazaydin, Ali CoskunTuning, the transport properties of gases in porous graphene membranes with controlled pore size and thickness, Advanced Materials. 2021
DOI: 10.1002/adma.202106785
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106785
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