一种具有吡啶氮的多孔边缘的石墨烯膜——用于CO2捕获

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摘   要：研究团队开发出一种膜，通过在石墨烯孔边缘引入吡啶氮，展现出卓越的CO2捕获性能，有望成为更加可持续和经济的CCUS解决方案。

关键词：石墨烯膜、CO2捕获、吡啶氮、孔边缘

由EPFL的Kumar Varoon Agrawal领导的科学家团队开发出一种膜，通过在石墨烯孔边缘引入吡啶氮，展现出卓越的CO2捕获性能。这些膜在高CO₂渗透性和选择性之间取得了显著的平衡，使它们在各种工业应用中极具前景。

研究人员首先在铜箔上使用化学气相沉积合成单层石墨烯膜。通过臭氧控制氧化，在石墨烯中引入孔洞，形成了氧原子功能化的孔。然后，开发了一种方法，通过在室温下将氧化石墨烯与氨反应，将氮原子以吡啶氮的形式引入孔边缘。

研究人员使用各种技术，如X射线光电子能谱和扫描隧道显微镜，确认了吡啶氮的成功引入以及在孔边缘形成CO₂复合物。吡啶氮的引入显著改善了石墨烯孔上CO₂的结合。

所得到的膜显示了高CO₂/N₂分离因子，对于含有20% CO₂的气流，平均为53。值得注意的是，由于吡啶氮促进了孔边缘上CO₂的竞争性和可逆结合，含有约1% CO₂的气流实现了超过1000的分离因子。

多孔石墨烯在孔边缘处结合吡啶氮（以紫色球体显示）。由此产生的膜对CO₂具有高度选择性。

科学家们还表明，膜的制备过程是可扩展的，能够在厘米尺度上生产高性能膜。这对于实际应用至关重要，意味着这些膜可以部署在大规模的工业环境中。

这些石墨烯膜具有高性能的捕获CO₂能力，即使是从稀薄的气流中，也能显著降低碳捕获过程的成本和能源需求。这一创新为膜科学领域开辟了新途径，有望成为更加可持续和经济的CCUS解决方案。

用于创建膜的均匀且可扩展的化学方法意味着它们可以很快扩大制作规模。该团队目前正寻求通过连续的卷对卷工艺生产这些膜。

（1）征稿启事