单层石墨烯具有分子大小的面内孔，由于其原子厚度和低的气体输运阻力，被认为是一种有前景的高性能气体分离膜材料。然而，典型的基于蚀刻的孔隙生成方法不能解耦孔隙成核和孔隙生长，导致需要权衡高面积孔隙密度和高选择性。相反，在化学气相沉积过程中形成的石墨烯内禀孔隙不是通过蚀刻产生的。因此，多孔石墨烯可以在保持气体选择性的同时表现出较高的孔隙密度。

基于此，麻省理工学院Michael S. Strano报道了首次系统地控制了石墨烯固有孔隙密度，同时精确地保持了适合气体筛分的孔隙尺寸。

文章要点

1）通过控制生长温度、前驱体浓度和石墨烯表面的非共价修饰，研究人员制备出了迄今为止，具有最高H₂/CH₄分离性能的单层石墨烯膜（H₂渗透率> 4000 GPU和H₂/CH₄选择性> 2000）。

2）研究还发现，气体分离过程中石墨烯表面的纳米级分子污垢（在实验条件下，石墨烯孔隙部分被碳氢化合物污染物堵塞）控制了选择性和温度依赖性的渗透率。

总之，直接合成多孔单层石墨烯的开发激活了其作为高性能气体筛膜的巨大潜力。

参考文献

Zhe Yuan, et al, Direct Chemical Vapor Deposition Synthesis of Porous Single-Layer Graphene Membranes with High Gas Permeances and Selectivities, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202104308

https://doi.org/10.1002/adma.202104308