多孔石墨烯作为筛选原子、离子和分子的新一代选择性膜显示出良好的应用前景。然而，目前对于石墨晶格中缺陷渗透的原子机制仍然不清楚，即在原子水平上没有直接观察到相关证据。

近日，德国乌尔姆大学Ute Kaiser，英国诺丁汉大学Andrei N. Khlobystov报道了直接实时成像了具有原子分辨率的一个又一个Pd原子穿过单壁碳纳米管（SWNT）中碳晶格缺陷的渗透过程。

文章要点

1）研究发现，原子渗透速率与金属纳米颗粒的相态有关：Pd纳米颗粒的结晶部分逐渐转变为无定形的类液体状态，为通过晶格缺陷的传输提供了低配位数的金属原子。这种方法第一次直接观察原子通过亚纳米孔的渗透，并突出了在可移动原子与亚纳米孔孔周围的悬挂键之间化学键合的重要性。

2）密度泛函理论计算证实，由于表面金属-碳键的不同，石墨碳晶格的曲率决定了原子从膜的凹面到凸面的渗透，显示了多孔碳纳米管在原子筛选方面的潜力。

研究发现和提出的潜在原子渗透机理有望在多孔石墨碳基膜的过滤过程中发挥重要作用，使得将其应用于纳米过滤成为一个重要的研究领域。

Kecheng Cao, et al, Direct imaging of atomic permeation through a vacancy defect in the carbon lattice, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202010630

https://doi.org/10.1002/anie.202010630