膜憑借其低成本，高能源效率以及高耐久性等優(yōu)點(diǎn)，在氣體分離領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。然而，對(duì)于氣體分離膜，如何去平衡滲透率和選擇性是一個(gè)棘手的問(wèn)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(xiàng)工作中，提出了一種新概念，即通過(guò)對(duì)二元混合氣體的吸附分離來(lái)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(shí)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(dá)26）。此外，這種在膜體系中通過(guò)吸附分離對(duì)單個(gè)氣體進(jìn)行選擇性靶向是一種很有前景的經(jīng)濟(jì)型氣體分離方法。
Figure 1. 利用傳統(tǒng)膜進(jìn)行氣體分離的機(jī)理和用于親和分離過(guò)程的吸附膜制備示意圖。（A）膜氣體分離機(jī)理(從左到右)，(B)超高滲透和無(wú)限選擇性催化膜的制備過(guò)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(gè) 650 nm SiNx孔，以及 (C) 多孔石墨烯覆蓋的單個(gè) 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(duì)于He/H2混合氣體分離，單循環(huán)和20個(gè)循環(huán)時(shí)，滲透組分(%)隨時(shí)間的變化曲線，（C）飽和時(shí)間與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖,（D）不同G/Ni微島膜的H2/CO2分離因子與進(jìn)料成分的關(guān)系圖，（E）H2/CO2分離因子和H2滲透率與Ni微島厚度的關(guān)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(gè)和單個(gè)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(xué)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(hào)
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