亚埃精度进行单层石墨烯刻蚀修饰区分度达到分子级别的高孔径密度,对于实现高流量条件中分离类似结构气体分子,比如CO2、N2而言非常重要。但是目前快速刻蚀过程实现控制结构精确度的同时达到非常高的孔径密度非常困难。有鉴于此,瑞士洛桑联邦理工学院KumarVaroonAgrawal等报道了一种毫秒时间尺度中晶格气化,通过控制实现了引入较高浓度(cm-2)的氧簇官能团结构,形成能够进行CO2筛分的缺陷结构,和可以预期达到的气体分子分离效果。
本文要点:
1)通过高温加热促进O3分子的快速化学吸附,形成官能团氧簇结构,随后成核形成高密度空穴缺陷;通过微秒较短的反应时间,抑制了形成的缺陷位点的扩张,从而生成能够筛分CO2分子的纳米孔,对分子大小的识别分辨率达到0.2~0.3?。通过原位孔扩张实验发现,石墨烯的纳米孔能够比较独特,甚至能够实现有机分子直径达到亚埃的分辨率。
2)发现呈统计分布的纳米孔晶格异构体,该结果能够很好的和理论预测结果相符。这种气体分离策略具有大规模化前景,通过构建面积达到厘米尺度的膜验证了规模化的可行性。3)通过O2气氛中的缺陷原位扩张对分子尺度的精确度截断调整幅度达到0.1?。对CO2/O2、O2/N2实现较好的选择性同时,CO2、O2磁导率分别达到和GPU。
多孔材料学术
KumarVaroonAgrawaletal.Millisecondlatticegasificationforhigh-densityCO2-andO2-sievingnanoporesinsingle-layergraphene,ScienceAdvances,,7(9),eabf
DOI:10./sciadv.abf