Ученым удалось изготовить графеновое молекулярное сито

Фильтры из графена для разделения различных газов удалось изготовить исследователям из Манчестерского университета, 9 декабря сообщает журнал Nature Communications.

Для пробивания отверстий атомного масштаба в двумерном графене ученые использовали низкоэнергетические электроны. Дыры получались размером примерно до двух ангстрем, меньше даже самых маленьких атомов — гелия и водорода.

При испытаниях мембраны показали практически идеальную селективность (лучше 99,9%) для таких газов, как гелий или водород, по отношению к азоту, метану или ксенону. Кроме того, молекулы воздуха (кислород и азот) легко проходят через поры по сравнению с углекислым газом, который захватывается в более чем 95% случаев.

Однако ученые говорят, что для практического использования двумерных мембран необходимо найти атомарно тонкие материалы с собственными порами, то есть порами внутри самой кристаллической решетки.

«Прецизионные сита для газов, безусловно, возможны, и, по сути, они концептуально не отличаются от тех, которые используются для просеивания песка и сыпучих материалов. Однако чтобы сделать эту технологию промышленно применимой, нам нужны мембраны с плотно расположенными порами, а не отдельные отверстия. Только тогда достижимы высокие потоки, необходимые для промышленного разделения газа. Наше исследование лишь впервые подтвердило эту возможность», — говорит доктор Пэнжан Сун, ведущий автор статьи.

Исследовательская группа теперь планирует поиск таких двумерных материалов с большими внутренними порами, чтобы найти наиболее перспективные для будущих технологий разделения газов.

Например, существуют различные графины, которые также представляют собой атомно-тонкие аллотропы углерода, но еще не производятся в больших масштабах. Они выглядят как графен, но имеют более крупные углеродные кольца, похожие по размеру на отдельные дефекты. Правильный размер может сделать графины идеально подходящими для разделения газов.

Двумерные мембраны, подобные графену, позволят достичь гораздо лучших результатов в разделении газов, потому что, в отличие от обычных мембран, атомно тонкие мембраны должны обеспечивать более легкое проникновение газов при той же селективности.