日前，中國石油大學（華東）研究人員發(fā)現(xiàn)多孔石墨烯PG-ES薄膜可高效將氫氣從混合氣體中分離出來，并利用“能量勢壘”的模型闡述了分離原理。該成果在6月11日出版的美國化學學會著名雜志《ACSAppliedMaterials&Interfaces》上以封面論文發(fā)表，第一作者為中國石油大學（華東）理學院研究生陶葉晗，通訊作者為理學院薛慶忠教授。專家認為，此研究成果有望推動新型氣體分離膜工藝的研發(fā)和技術革新，并在產(chǎn)業(yè)化推廣中具有潛在的應用價值。

氫能作為目前最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，具有重量最輕、燃燒性能好、無毒等特點，但其分離與提純方法是當前制約氫能廣泛應用的關鍵問題，也是氫能開發(fā)最前沿、最難突破的研究熱點。20世紀70年代以來，全世界各個國家和地區(qū)就氫能研究開展科研攻關，但時至今日氫氣的分離和提純方面始終無重大突破。

石墨烯是一種碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的二維炭質(zhì)新材料，厚度僅為0.335納米，是構建其他維數(shù)炭質(zhì)材料的基本單元，具有極好的結晶性及電學性。這種新興的碳材料由于具備優(yōu)異的力、熱、光、電性能而有望成為下一代的高滲透性、高選擇性的氣體分離膜。目前以石墨烯分離氣體的研究主要通過在石墨烯上造孔來實現(xiàn)，這種石墨烯被稱為“top-down”石墨烯。雖然此方面的研究已經(jīng)相對成熟，但由于這種孔洞石墨烯對孔洞的大小和結構要求嚴格，在氫氣分離實驗中難以實現(xiàn)。

陶葉晗等發(fā)現(xiàn)，“bottom-up”孔洞石墨烯是一種自生長的孔洞石墨烯，具有較易控制的孔結構。然而利用這種石墨烯對氣體分子的吸附和分離的報道相對較少，因而鮮為人知。在整個團隊的努力下，他們采用計算機模擬方法研究不同孔洞結構及模擬條件下的石墨烯對不同氣體分子的選擇性吸附和分離的影響，從微觀角度來觀察石墨烯與氣體分子相互作用的動力學行為，進而探索石墨烯在氣體分離方面的應用。這種促進石墨烯氣體分離膜材料開發(fā)的理論具有降低研究成本、縮短開發(fā)周期等優(yōu)勢，對設計新型高效的氫氣分離膜具有重要意義。