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瑞士弗里堡大學(xué)Ali Coskun課題組--超高滲透性金屬涂層多孔石墨烯膜具有可調(diào)的氣體選擇性
       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(lǐng)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105-10GPU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/H2和H2/CO2混合氣中的H2,從而實現(xiàn)He的高效分離,并在約105 GPU滲透率范圍內(nèi)獲得了很高的H2/CO2分離因子(高達(dá)26)。此外,這種在膜體系中通過吸附分離對單個氣體進(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(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(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

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