邁向規模化：大面積原子厚石墨烯薄膜可用於工業氣體分離

洛桑聯邦理工學院的化學工程師們不懈努力，首次證實原子厚石墨烯能高效分離氣體混合物。這種「終極「膜還可以擴展，將成為工業氣體分離的突破口。

圖為納米多孔碳增強的單層納米多孔石墨烯，可以用於從甲烷中分離氫

把混合氣體（如空氣）分離為各自的單組分的過程可以用於多種工業應用，包括沼氣生產、金屬加工中的空氣富集、天然氣中有毒氣體的去除，以及氨廠和煉油廠的氫回收。氣體分離過程經常會用到聚合物（如纖維素）或其他材料製成的合成膜。近年來，研究轉向了被稱為「終極「膜的單原子厚度石墨烯膜，它被證明是最薄的分子屏障，因此也是最有效的膜，具有出色的滲透性、強度和可擴展性。

然而，開發石墨烯的過程中遇到了兩個瓶頸：第一，缺乏將分子大小的孔結合到石墨烯層中的方法；第二，缺少製造高強度、無缺陷大面積石墨烯膜的方法。

現在研究迎來了重大突破，可以解決以上問題。EPFL Valais Wallis的Kumar VaroonAgrawal團隊開發出一種大面積單層石墨烯膜，可高效分離氫氣和甲烷（分離係數高達25%），孔隙率僅為0.025%，具有前所未有的氫滲透性。

這種獨特的膜上有可讓氫滲透通過的納米孔，也就是「氣體篩」。該膜在工業壓力和溫度下可以保持穩定（至少高達7 bar和250℃）。更重要的是，團隊能夠製造出1平方米的表面無缺陷薄膜膜，遠超先前報道中的幾平方微米。Agrawal的團隊如今正致力於在石墨烯中摻入更高密度的納米孔，以實現石墨烯的真正潛能。

Agrawal表示：「這是一種生產無缺陷石墨烯層的創新技術，要實現原子厚石墨烯膜的終極性能還有很長的路要走，未來可應用與許多重要的分離應用，包括碳捕獲、氫回收和清潔飲用水的凈化。」

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