膜材料与膜过程研究所团队在《Chemical Communications》上发表最新研究成果

原文信息

研究亮点

●受水分在树干中垂直传输启发，设计了垂直阵列膜，大大缩短了传输路径，降低了传输阻力。

●该垂直阵列膜对氢气的渗透量（2.7×10^-7 mol m^-2s^-1Pa^-1）较水平阵列膜高一个数量级。

●该膜在100 h的连续测试中展现出较好的稳定性。

文章简介

由于膜分离技术具有无相变、能耗低、分离效率高、设备简单占地面积小、操作简单、可连续操作性强等优势，在CO₂的捕集和封存方面具有较好的前景。近年来，二维材料以其独特的微结构，在分离膜领域被广泛研究。二维材料分离膜基于传输孔道尺寸筛分机理，以层内的缺陷孔和层间的狭缝孔以及层间间距为传输通道，致使气体分子在膜内的传输路径成“之”字型，传输距离长，阻力大。受水分在树干中垂直传输启发，本研究采用Zn箔还原法制备了自支撑的MXene/rGO膜，结合物理切割组装了了具有垂直通道的MXene/rGO膜（V-MXene/rGO）。与水平阵列膜的平行曲折通道相比，V-MXene/rGO膜的层间通道与气体传输通道平行，扩散阻力较低，气体分子更容易扩散传递，氢气渗透量（2.7×10^-7 mol m^-2s^-1Pa^-1）较水平阵列膜高一个数量级，且100 h的连续稳定性测试中无衰减，展现了较好的应用前景。

图1 V-MXene/rGO膜气体传输示意图

该成果以题为“A vertically-stacked MXene/rGO composite membrane for highly efficient H2/CO2 separation”在Chemical Communication（自然指数期刊）期刊发表（Chem. Commun., 2024,60, 5177-5180）。硕士研究生董昭蕊和范议议博士为共同第一作者，杨乃涛教授、孟秀霞教授和Jaka Sunarso教授为通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D4CC00481G.