中文字幕亚洲欧美一区_国产JIZZJIZZ免费看_亚洲av大码在线_亚洲黄色一级毛片_野花影视大全在线观看免费_欧美一区二区三区免费不卡_欧美日韩国产在线精品_国产福利盒子在线看片_精品国产人成在线_日韩欧美动漫一区在线

摘要：近日，來自天津大學的Michael D. Guive（通訊作者）和姜忠義（通訊作者）等提出一個簡單實用的方法，即過模仿AQP中的多級結(jié)構(gòu)和納米通道的復雜物理化學微環(huán)境，在石墨烯薄膜中構(gòu)建高滲透性和選擇性納米通道。

　　全球CO₂排放量的持續(xù)增加引起了嚴重的環(huán)境問題，碳的捕捉和儲存（CCS）為控制溫室氣體排放和全球變暖提供了一條出路。薄膜基氣體分離技術(shù)具有高效和低成本的優(yōu)點，得到了研究人員的廣泛關(guān)注。該種技術(shù)中使用的薄膜應對CO₂具有高選擇性，并且其中的納米通道孔徑需與氣體分子的運動直徑相匹配。

　　石墨烯作為一種典型的二維納米材料，具有牢固的機械強度，并且厚度處于納米尺度范圍，是一種可用于氣體分離的理想的薄膜材料。但目前對于協(xié)同控制層間納米通道的物化微環(huán)境，諸如間隙寬度、界面化學和水含量與狀態(tài)等，缺乏實際和有效的方法。

　　CO₂在生物膜上的高效跨膜運輸為研究者提供了靈感，可以設計出一種類似生物膜物化微環(huán)境的合成膜來實現(xiàn)CO2的高效運輸與分離。嵌入在脂雙層中的水通道蛋白(AQP)除了具有水通道的極端滲透功能之外，還是一個在生理上運輸二氧化碳的重要通道。AQP中適應CO₂的物化微環(huán)境是CO₂的高效運輸效率的重要前提。

　　成果簡介
　　近日，來自天津大學的Michael D. Guive（通訊作者）和姜忠義（通訊作者）等提出一個簡單實用的方法，即過模仿AQP中的多級結(jié)構(gòu)和納米通道的復雜物理化學微環(huán)境，在石墨烯薄膜中構(gòu)建高滲透性和選擇性納米通道。研究人員先將石墨烯納米片與硼酸進行交聯(lián)反應得到B-GO，然后利用真空輔助過濾工藝制造出超薄的石墨烯基復合物薄膜。盡管之前對于硼酸交聯(lián)石墨烯有相關(guān)報道，但是這項研究的重點在于提升了超硬薄膜的機械性能。二維石墨烯薄膜納米片的層間距可以由共價鍵連接的硼酸分子團精確控制，這些硼酸分子團可以觸發(fā)與CO₂分子的反應，從而促進CO₂的運輸。此外，濕潤的混合氣體與改性后親水的石墨烯互相作用，確保在膜通道中留有足夠的水分子。對于二氧化碳的分離，B-GO膜顯示出高二氧化碳滲透性，達到650 GPU；CO₂/CH₄的選擇性高達75，是目前報道中石墨烯基復合膜的最優(yōu)性能。

　　圖文導讀

圖1：石墨烯基復合薄膜的電鏡圖片

　　(a) 石墨烯納米片的透射電鏡圖，紅色框內(nèi)是石墨烯
　　(b) PES支撐膜表面空腔的掃描電鏡圖
　　(c) B-GO/PES復合膜的掃描電鏡圖，可以看到一層硼酸交聯(lián)石墨烯沉積在PES支撐膜上
　　(d) 具有選擇性的B-GO表層沉膜積在PES支撐膜上交聯(lián)部分的電鏡圖，兩條紅線之間的距離顯示了表層膜的厚度

圖2 石墨烯基薄膜紅外光譜的對比圖

　　圖中顯示了在硼酸-石墨烯層間對二氧化碳的吸附與釋放。

圖3 硼酸的交聯(lián)和熱處理溫度對樣品層間距的影響
 

　　(a) S參數(shù)與樣品的入射慢正電子能量之間的關(guān)系，S參數(shù)代表復合膜的三種區(qū)域：石墨烯選擇性層（正電子能量<0.6 keV）石墨烯與多孔PES支撐膜的邊界區(qū)域（0.6 keV<正電子能量<5 keV），多孔PES支撐層（正電子能量>5 keV）
　　(b) 薄膜的XRD圖譜，硼酸的交聯(lián)與熱處理溫度均使?jié)駶櫛∧さ膶娱g距減小

圖4 在干燥和濕潤狀態(tài)下樣品對氣體分離的對比圖
 

　　(a) 薄膜對CO₂/CH₄分離的效果圖
　　(b) 薄膜對CO₂/N₂分離的效果圖。（注：實心點代表在1巴和30℃下進行的單一氣體實驗，空心點代表在CO₂分壓為1巴的50/50 vol%混合氣體實驗）

　　總結(jié)
　　本文的靈感來源于二氧化碳在水通道蛋白納米通道復雜的物理化學微環(huán)境中的高效運輸，合成出一種具有優(yōu)異的氣體分離性能的B-GO薄膜。通過硼酸的交聯(lián)以及結(jié)合水的作用，可對石墨烯層間納米通道進行精確調(diào)控，構(gòu)建出具有最優(yōu)的物理微環(huán)境和特定尺寸篩選能力的納米通道，它能夠?qū)⒍趸嫉刃》肿託怏w快速并且有選擇性的運輸，同時阻擋大分子氣體如甲烷、氮氣等的通過。通過濕潤原料氣體以及對石墨烯納米通道進行親水改性，可以維持良好的水環(huán)境。因為許多含CO₂的工業(yè)氣體含有大量的水蒸氣，本研究中的薄膜可以在實際條件下應用。本文不僅提供了一個簡單、實用的工藝可控制備石墨烯基碳捕捉薄膜，還為通過控制納米通道中復雜物理化學微環(huán)境，設計出具有高分離性能的薄膜提供了指導。