近日消息，瑞士洛桑理工學院的化學工程師首次證明，只有一個原子厚的石墨烯膜能夠高效地分離氣體混合物。這種“終極”膜是可伸縮的，使其成為工業氣體分離的一個突破。該研究成果發表在近期的《Nature Communications》上。
將混合氣體(如空氣)分離成其各自的組成部分是一個非常重要的課題，很多重要的工業過程都需要這種工藝，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從氨廠和煉油廠回收氫氣。
目前，工業上的氣體分離，通常使用由聚合物(如纖維素)或其他材料製成的合成膜。近年來，研究轉向了許多人所稱的“終極”膜：石墨烯膜，這是一種只有一層厚度單材料，現已被證明是目前厚度最薄的分子屏障，因此也是最有效的膜，具有良好的滲透性、可伸縮性和極強的機械性能。
然而，開發石墨烯的進展遇到了兩個“瓶頸”：第一，缺乏將分子大小的孔隙納入石墨烯層的方法；第二，缺乏實際製造機械堅固、無裂紋和無撕裂的大面積石墨烯膜的方法。
現在，解決這兩個問題的突破性進展是，瑞士聯邦理工學院Kumarvaron Agrawal團隊開發了一種大面積單層石墨烯膜，它可以高效地分離氫和甲烷(分離係數高達25)，並且從只有0.025%的孔隙中獲得了前所未有的氫透過率。
這種膜含有納米孔，允許氫原子通過，這就是所謂的“氣體篩分”。該膜在工業壓力和溫度下是穩定的(壓力7bar，溫度250℃)。但更重要的是，該小組能夠製造出1平方毫米表面積大的膜-比之前的研究報道的只能合成幾平方微米的沒有裂縫缺陷的石墨烯膜要大得多。Agrawal的團隊正致力於在石墨烯中加入更高密度的納米孔，以使石墨烯實現其真正的潛力。
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