可用于工业气体分离的原子级石墨烯膜是什么呢？

瑞士联邦理工学院(EcolePolytechniqueFederaledeLausanne(EPFL))的化学工程师首次证明，原子级的石墨烯膜能够高效地分离气体混合物。这种“终极”膜是可伸缩的，使其成为工业气体分离的突破口。

将混合气体（例如空气）分离成它们各自的组分是一个具有多种工业应用的过程，包括沼气生产、金属加工中的空气富集、天然气中有毒气体的去除、以及氨厂和炼油厂的氢回收。

气体分离通常使用由聚合物（例如纤维素）或其他材料制成的合成膜进行。近年来，研究已经转向许多人所谓的“终极”膜：单层石墨烯，一个厚度为单个原子，现已被证明是最薄的分子屏障，因此是最有效的膜，具有优异的渗透率与稳健性和可扩展性。然而，开发石墨烯的进展遇到了两个“瓶颈”：第一，缺乏将分子大小的孔结合到石墨烯层中的方法；第二，缺乏实际制造机械坚固、无裂纹和无撕裂的大面积膜的方法。现在，在解决这两个问题的突破中，EPFL研究团队开发了一种大面积单层石墨烯膜，它能以高效率(分离系数高达25)从甲烷中分离氢，并且开发出前所未有的氢，孔隙度仅为0.025%。

该膜含有纳米孔以允许氢气渗透，这被称为“气体筛分”。膜在工业压力和温度下稳定（至少高达7bar和250oC）。但更重要的是，该小组能够制造出1平方毫米的表面-比以前的报告要大得多，在之前的报告中，只有几平方微米可以无裂缝地合成。研究团队正致力于在石墨烯中加入更高密度的纳米孔，以使石墨烯实现其真正的潜力。他们介绍说：“制造无裂纹石墨烯层的新技术将在很长一段时间内实现原子层石墨烯膜的最终性能，包括碳捕获、氢回收和清洁饮用水的净化等许多重要的化学分离。”

项目其他贡献者还有：EPFL可再生能源材料实验室（LMER）、EPFL跨学科电子显微镜中心（CIME）、麻省理工学院（MIT）。