膜憑借其低成本，高能源效率以及高耐久性等優(yōu)點，在氣體分離領域中發(fā)揮著重要的作用。然而，對于氣體分離膜，如何去平衡滲透率和選擇性是一個棘手的問題，例如，原子厚度的二維材料，如多孔石墨烯，可以在10
5-10
7 GPU范圍內(nèi)提供超高的滲透率，但氣體選擇性較低。該項工作中，提出了一種新概念，即通過對二元混合氣體的吸附分離來提高石墨烯基膜的選擇性。在多孔雙層石墨烯載體上沉積Pd和Ni的“微島”， 能夠分別選擇性靶向He/H
2和H
2/CO
2混合氣中的H
2，從而實現(xiàn)He的高效分離，并在約10
5 GPU滲透率范圍內(nèi)獲得了很高的H
2/CO
2分離因子（高達26）。此外，這種在膜體系中通過吸附分離對單個氣體進行選擇性靶向是一種很有前景的經(jīng)濟型氣體分離方法。
Figure 1. 利用傳統(tǒng)膜進行氣體分離的機理和用于親和分離過程的吸附膜制備示意圖。（A）膜氣體分離機理(從左到右)，(B)超高滲透和無限選擇性催化膜的制備過程。
Figure 2. G/Pt和G/pd吸附膜的電鏡表征。(A) 由雙層石墨烯完全覆蓋且FIB穿孔的 20 x 20 陣列 650 nm SiNx孔，(B) 多孔石墨烯覆蓋的四個 650 nm SiNx孔，以及 (C) 多孔石墨烯覆蓋的單個 650 nm SiNx孔的 SEM 圖像，（D-K）呈現(xiàn)了不同樣品的HR-TEM圖，（L）SEM圖像的孔徑分布直方圖。
Figure 3. 吸附膜的氣體分離性能。（A-B）對于He/H2混合氣體分離，單循環(huán)和20個循環(huán)時，滲透組分(%)隨時間的變化曲線，（C）飽和時間與循環(huán)次數(shù)的關系圖,（D）不同G/Ni微島膜的H2/CO2分離因子與進料成分的關系圖，（E）H2/CO2分離因子和H2滲透率與Ni微島厚度的關系圖。
Figure 4．G/Ni吸附膜的電子顯微鏡表征。(A-C) 不同樣品的 SEM 圖像，（D）SEM圖像的孔徑尺寸分布直方圖,(E-G) 由多孔石墨烯和150 nm Ni微島覆蓋的四個和單個650 nm SiNx孔的SEM圖，（H）圖E中SEM圖像的孔徑尺寸分布直方圖。
該研究工作由瑞士弗里堡大學Ali Coskun課題組于2021年發(fā)表在Chem期刊上。原文：Ultrahigh permeance metal coated porous graphene membranes with tunable gas selectivities。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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