圖為納米多孔碳增強(qiáng)的單層納米多孔石墨烯，可以用于從甲烷中分離氫

 

    把混合氣體（如空氣）分離為各自的單組分的過(guò)程可以用于多種工業(yè)應(yīng)用，包括沼氣生產(chǎn)、金屬加工中的空氣富集、天然氣中有毒氣體的去除，以及氨廠和煉油廠的氫回收。氣體分離過(guò)程經(jīng)常會(huì)用到聚合物（如纖維素）或其他材料制成的合成膜。近年來(lái)，研究轉(zhuǎn)向了被稱為“終極”膜的單原子厚度石墨烯膜，它被證明是最薄的分子屏障，因此也是最有效的膜，具有出色的滲透性、強(qiáng)度和可擴(kuò)展性。

 

    然而，開(kāi)發(fā)石墨烯的過(guò)程中遇到了兩個(gè)瓶頸：第一，缺乏將分子大小的孔結(jié)合到石墨烯層中的方法；第二，缺少制造高強(qiáng)度、無(wú)缺陷大面積石墨烯膜的方法。

 

    現(xiàn)在研究迎來(lái)了重大突破，可以解決以上問(wèn)題。EPFL Valais Wallis的Kumar VaroonAgrawal團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種大面積單層石墨烯膜，可高效分離氫氣和甲烷（分離系數(shù)高達(dá)25%），孔隙率僅為0.025%，具有前所未有的氫滲透性。

 

    這種獨(dú)特的膜上有可讓氫滲透通過(guò)的納米孔，也就是“氣體篩”。該膜在工業(yè)壓力和溫度下可以保持穩(wěn)定（至少高達(dá)7 bar和250℃）。更重要的是，團(tuán)隊(duì)能夠制造出1平方米的表面無(wú)缺陷薄膜膜，遠(yuǎn)超先前報(bào)道中的幾平方微米。Agrawal的團(tuán)隊(duì)如今正致力于在石墨烯中摻入更高密度的納米孔，以實(shí)現(xiàn)石墨烯的真正潛能。

 

    Agrawal表示：“這是一種生產(chǎn)無(wú)缺陷石墨烯層的創(chuàng)新技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)原子厚石墨烯膜的終極性能還有很長(zhǎng)的路要走，未來(lái)可應(yīng)用與許多重要的分離應(yīng)用，包括碳捕獲、氫回收和清潔飲用水的凈化。”

 

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責(zé)任編輯：韓鑫

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