迈向规模化：大面积原子厚石墨烯薄膜可用于工业气体分离

洛桑联邦理工学院的化学工程师们不懈努力，首次证实原子厚石墨烯能高效分离气体混合物。这种“终极“膜还可以扩展，将成为工业气体分离的突破口。

图为纳米多孔碳增强的单层纳米多孔石墨烯，可以用于从甲烷中分离氢

把混合气体（如空气）分离为各自的单组分的过程可以用于多种工业应用，包括沼气生产、金属加工中的空气富集、天然气中有毒气体的去除，以及氨厂和炼油厂的氢回收。气体分离过程经常会用到聚合物（如纤维素）或其他材料制成的合成膜。近年来，研究转向了被称为“终极“膜的单原子厚度石墨烯膜，它被证明是最薄的分子屏障，因此也是最有效的膜，具有出色的渗透性、强度和可扩展性。

然而，开发石墨烯的过程中遇到了两个瓶颈：第一，缺乏将分子大小的孔结合到石墨烯层中的方法；第二，缺少制造高强度、无缺陷大面积石墨烯膜的方法。

现在研究迎来了重大突破，可以解决以上问题。EPFL Valais Wallis的Kumar VaroonAgrawal团队开发出一种大面积单层石墨烯膜，可高效分离氢气和甲烷（分离系数高达25%），孔隙率仅为0.025%，具有前所未有的氢渗透性。

这种独特的膜上有可让氢渗透通过的纳米孔，也就是“气体筛”。该膜在工业压力和温度下可以保持稳定（至少高达7 bar和250℃）。更重要的是，团队能够制造出1平方米的表面无缺陷薄膜膜，远超先前报道中的几平方微米。Agrawal的团队如今正致力于在石墨烯中掺入更高密度的纳米孔，以实现石墨烯的真正潜能。

Agrawal表示：“这是一种生产无缺陷石墨烯层的创新技术，要实现原子厚石墨烯膜的终极性能还有很长的路要走，未来可应用与许多重要的分离应用，包括碳捕获、氢回收和清洁饮用水的净化。”

文章来自nanowerk网站，原文标题为An atom-thick graphene membrane for industrial gas separation，由新材料科技在线团队整理编辑。