科研人員研發(fā)出具有耐水性和高效氫分離性能的氧化石墨烯膜

日本京都大學(xué)、量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的科研人員等共同組成的研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出具有高效氫分離性能的氧化石墨烯（GO）膜，既保持了GO膜原有的氫分離性能，又大幅提升了GO膜的耐水性，有望實(shí)現(xiàn)低成本綠色氫能源的穩(wěn)定提供，推動(dòng)構(gòu)建低碳社會(huì)。

氧化石墨烯（GO）納米片堆疊、壓縮形成的GO膜具有良好的氫分離性能，但是耐水性差。在水中GO納米片帶負(fù)電荷，受靜電斥力影響，納米片層級(jí)間空隙增大，水進(jìn)入空隙導(dǎo)致GO膜呈溶脹狀態(tài)，結(jié)構(gòu)逐漸被破壞。GO膜耐水性差的缺點(diǎn)致使通過(guò)GO膜制造氫氣的方式仍難以應(yīng)用化。雖然通過(guò)化學(xué)連接GO納米片的方式可以改善GO膜耐水性差的問(wèn)題，但是GO膜原本具有的氫分離性能會(huì)大幅下降。

科研人員探索通過(guò)抑制GO納米片間的靜電斥力，改善GO膜在水中的溶脹狀態(tài)并維持其原有的氫分離性能。

納米金剛石（ND）是具有金剛石結(jié)晶結(jié)構(gòu)的納米粒子。基于ND化學(xué)性能穩(wěn)定，通過(guò)化學(xué)修飾可以使粒子表面帶正電荷或負(fù)電荷這一性能，科研人員嘗試將帶正電荷的極微小的ND與GO膜進(jìn)行組合，在不破壞GO膜結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)GO膜的電化學(xué)性能進(jìn)行控制。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，ND可以消除GO納米片間的靜電斥力，防止GO膜在水中溶脹。在高濕度條件下對(duì)氣體分離性能進(jìn)行測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，未導(dǎo)入ND的分離膜在100小時(shí)后氣體滲透能力和分離選擇性分別下降55%和70%，而導(dǎo)入ND的分離膜僅分別下降了5%和10%，既保持了GO膜原有良好的氫分離性能，又改善了耐水性。
科研人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)ND的含量，可以對(duì)氫氣滲透能力進(jìn)行控制。在ND添加量達(dá)到30%的情況下，可使GO膜在保持原有分離選擇性的基礎(chǔ)上，將氣體滲透能力最大提高4倍。

此外，組合并不僅僅局限于GO+ND這一特定組合，其他帶正電荷的化學(xué)材料如籠型聚倍半硅氧烷（POSS）也可與GO膜進(jìn)行組合，改善GO膜的耐水性，揭示了更為廣泛的材料組合可能性。

此項(xiàng)研究成果在不改變GO膜原有氫分離性能的基礎(chǔ)上，大幅改善了GO膜耐水性差這一缺點(diǎn)，有助于實(shí)現(xiàn)綠色氫能源的穩(wěn)定提供，推動(dòng)構(gòu)建低碳社會(huì)。

原文鏈接：https://www.jst.go.jp/pr/announce/20211217/index.html

注：本文摘編自國(guó)外相關(guān)研究報(bào)道，文章內(nèi)容不代表本網(wǎng)站觀點(diǎn)和立場(chǎng)，僅供參考。

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