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北大《ACS AMI》: 分米级原子薄石墨烯膜,用于气液分离

来源:石墨烯联盟|

发表时间:2021-03-12

点击:4932

文章来源:材料分析与应用


石墨烯在制造具有高渗透性而不损害选择性的超薄选择性膜方面具有巨大潜力,并且在开发用于脱盐,天然气净化,血液透析,蒸馏和其他气液分离的高性能分离膜方面引起了广泛的兴趣。然而,纳米多孔石墨烯膜的可规模化和成本效益的合成,特别是设计生产合适的多孔聚合物基底的方法,仍然非常具有挑战性。本文,北京大学刘忠范团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Decimeter-Scale Atomically Thin Graphene Membranes for Gas–Liquid Separation”的论文,研究一种通过化学气相沉积(CVD)将多孔聚合物衬底直接浇铸到石墨烯上制备分米尺度(15×10 cm2)的纳米多孔原子薄膜(NATM)的方法。


在适当的实验条件(60°C和60%湿度)下进行气相诱导的相转化过程后,形成了柔性纳米多孔聚合物基材。所得的无皮聚合物基材具有适当的孔径和均匀的海绵状结构,可提供足够的机械支撑,而不会降低NATM的渗透性。结果表明,通过O 2等离子体处理产生纳米孔后,NATM具有耐盐性,同时显示出高出3–5倍的气体(CO 2)的渗透性优于最新的商用聚合物膜。因此,该工作为石墨烯基膜的技术发展提供了指导,并弥合了实验室规模的“概念验证”与NATM在行业中的实际应用之间的差距。


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图1.大面积NATM的制备。(a)NATM制备程序的示意图。(b)在铜箔上的CVD石墨烯。(c)聚合物浇铸。(d)使用高低温交替设备进行受控的气相诱导的相转化。(e)获得石墨烯/聚合物/ Cu复合膜。(f)蚀刻铜箔。(g)使用大腔室等离子体蚀刻设备引入纳米孔。


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图2.石墨烯/聚合物复合膜的形态表征。


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图3.拉曼光谱,膜的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像以及CO 2渗透数据


NATM已应用于气液分离,并且显示出高出2到5倍的CO2渗透性优于最新的聚合物膜。因此,这些膜具有巨大的潜力,可用于实际应用,例如制药和半导体行业中的TOC检测以及其他气液分离系统。此外,此方法有望应用于其他2D材料。为在可预见的将来缩小实验室规模的“概念验证”与NATM的实际应用之间的差距提供了可扩展的途径。


文献:


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